(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện

(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện

Đại vấn đề

Sự phát triển của cơ–điện tử đã mang lại nhiều ứng dụng thành công trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất ô tô, nơi hệ thống lái điện giúp cải thiện độ chính xác, giảm mệt mỏi cho tài xế, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, tại Việt Nam, ngành ô tô vẫn còn nhiều hạn chế do cơ sở hạ tầng và chính sách, khiến việc áp dụng hệ thống lái trợ lực điện trở nên mới mẻ dù đã được Suzuki triển khai từ năm 1988 Trong bối cảnh hiện tại, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đang dẫn đầu trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho ngành ô tô, không ngừng cải thiện chương trình học và áp dụng các mô hình hiện đại để sinh viên có cơ hội tiếp cận công nghệ mới.

Nhóm chúng em, dưới sự hướng dẫn của thầy Võ Xuân Thành, đã quyết định nghiên cứu đề tài "Thiết Kế và Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trên Xe".

Giới hạn đề tài

Hệ thống EPS yêu cầu sự tổng hợp nhiều tín hiệu đầu vào từ các cảm biến để hoạt động chính xác và an toàn Để đảm bảo độ chính xác và tính an toàn cao nhất, hệ thống cần kết hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau.

Thiết kế và chế tạo mô hình lái trợ lực điện bao gồm việc sử dụng cảm biến mô men xoắn để thu thập dữ liệu về tốc độ xe Thông qua đó, bộ điều khiển hệ thống có khả năng tính toán, so sánh và cung cấp thông tin điều khiển một cách chính xác.

Để xây dựng một mô hình mô phỏng hệ thống EPS hoàn chỉnh, cần đáp ứng nhiều điều kiện như thời gian, kiến thức lập trình sâu, kinh nghiệm thực tế và kinh phí Do hạn chế về trình độ và thời gian, nhóm chúng tôi đã tập trung vào nghiên cứu, phân tích và chế tạo mạch điện điều khiển, đồng thời thiết lập mô hình hoạt động của Suzuki-Wagon R+ dựa trên nền tảng thực tế Đây là những thành tựu mà đồ án thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện của chúng tôi đã đạt được.

- Thiết kế mạch vi điều điều khiển dùng PIC 18F4431

- Giả cảm biến tốc độ xe

- Tạo tín hiệu mô men

- Dùng LED 7 đoạn thể hiện tín hiệu tốc độ xe bằng tần số

- Dùng LED 7 đoạn thể hiện mo men xoắn bằng tần số

- Dùng LED thể hiện hướng quay bên trái và bên phải

- Dùng mạch công suất điều khiển động cơ D/C

Mục đích nghiên cứu

Làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên,

Chúng em đã biên soạn một cuốn hướng dẫn chi tiết về hệ thống lái trợ lực điện, đặc biệt là trên xe Suzuki Wagon-R+ Cuốn sách này không chỉ cung cấp thông tin đầy đủ về nguyên lý hoạt động của hệ thống mà còn hướng dẫn cách thiết kế khung, mạch điện và lập trình hoạt động Điều này giúp người đọc nhận diện các chi tiết quan trọng và thực hiện kiểm tra một cách hiệu quả, từ đó có cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống lái trợ lực.

Để hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong Giáo Dục và Đào Tạo, chúng ta cần từng bước nâng cao trình độ của sinh viên trước khi họ tốt nghiệp Việc cải tiến này không chỉ giúp sinh viên tiếp cận kiến thức mới mà còn trang bị cho họ những kỹ năng cần thiết để thành công trong môi trường làm việc hiện đại.

Nội dung nghiên cứu

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trang 14

 Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái thông thường

 Giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện

 Thiết kế mạch điều khiển và viết chương trình điều khiển

 Đi vào làm mô hình

 Hướng dẫn một số bài thực hành.

Đối tƣợng nghiên cứu

 Trọng tâm là mô hình hệ thống lái trợ lực điện

 Hệ thống điều khiển và chương trình điều khiển.

Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nhiều phương pháp, trong đó có các phương pháp chính như:

- Nghiên cứu lý thuyết hệ thống lái trợ lực điện của các hãng

- Nghiên cứu nguyên lý và sơ đồ mạch điện Suzuki Wagon R+

- Tham khảo tài liệu thiết kế mạch của Khoa Cơ khí Động lực

- Tham khảo tài liệu mô hình giảng dạy hiện có tại Khoa Cơ khí Động lực

- Chọn lọc thông tin, học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè

- Quan sát, thực nghiệm các mô hình, đúc kết mô hình nghiên cứu.

Thời gian thực hiện đề tài

CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI

1.1.1 Công dụng hệ thống lái

Hệ thống lái của xe đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe, bao gồm việc duy trì hoặc thay đổi phương chuyển động Quá trình này được gọi là quay vòng xe, bao gồm ba trạng thái cơ bản: quay vòng đủ, quay vòng thừa và quay vòng thiếu.

1.1.2 Phân loại hệ thống lái

Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái đƣợc chia thành các loại sau:

 Theo cách bố trí vô lăng

Hệ thống lái với vành lái bên trái được sử dụng trên ôtô tại các quốc gia có quy định giao thông đi bên phải, như Việt Nam và một số nước khác.

Hệ thống lái bên phải, theo chiều chuyển động của ôtô, được áp dụng cho các xe ở những quốc gia có luật giao thông đi bên trái, như Anh, Nhật Bản và Thụy Điển.

 Theo số lượng cầu dẫn hướng

 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước

 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau

 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu

 Theo kết cấu của cơ cấu lái

 Cơ cấu lái loại trục vít - bánh vít

 Cơ cấu lái loại trục vít - cung răng

 Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn

 Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay

 Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng)

 Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng

 Theo đặc tính truyền lực

 Hệ thống lái cơ khí

 Hệ thống lái có trợ lực

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái phải bảo đảm các yêu cầu sau:

 Quay vòng ôtô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

 Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện

 Động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trƣợt khi quay vòng

 Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vô lăng

 Giảm thiểu thương vong cho tài xế khi tai nạn chính diện

 Giữ đƣợc chuyển động thẳng ổn định và có khả năng hồi vị tốt.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG,CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI

Hệ thống lái ô tô hiện đại rất đa dạng về nguyên lý hoạt động và kết cấu, nhưng đều có 4 bộ phận chính cơ bản.

 Cơ cấu lái (hộp số lái)

Hình.1.1 Cách bố trí các bộ phận của hệ thống lái trên xe

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái

Khi tài xế tác động lên vô lăng, lực này sẽ được truyền đến trục lái, tạo ra mô men và hướng di chuyển Trục lái tiếp tục chuyển động đến cơ cấu lái, từ đó các thanh dẫn động sẽ truyền chuyển động tới bánh xe dẫn hướng, giúp xe di chuyển theo hướng mà tài xế điều khiển Kết cấu lái của xe phụ thuộc vào thiết kế chung và từng loại xe cụ thể Để thực hiện việc quay vòng, tài xế cần tạo ra một lực tác động lên vô lăng, đồng thời cần có phản lực từ mặt đường tác động lên bánh xe Để quay vòng chính xác, các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời.

Hình.1.2 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản

1 -Vô lăng (vành tay lái) 4 - Khung xe

2 - Trục lái 5 - Các cơ cấu dẫn động lái

1.2.2 Vô lăng (vành tay lái)

Vô lăng (vành tay lái) là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận mô men quay của người lái và truyền cho trục lái

Vô lăng không chỉ đảm nhiệm chức năng chính trong việc điều khiển phương tiện mà còn tích hợp nhiều bộ phận quan trọng như công tắc còi, công tắc đèn và túi khí Những thiết bị này đóng vai trò bảo vệ người lái trong trường hợp xảy ra sự cố, như tai nạn.

Mặc dù hầu hết các hệ thống lái hiện đại đều có bộ trợ lực, vô lăng vẫn cần đảm bảo độ vững chắc để truyền tải mô men lớn nhất, ngay cả khi bộ trợ lực gặp sự cố.

Ngoài ra vành lái cũng cần phải đảm bảo tính thẩm mỹ

Hình 1.3 Cấu tạo của vô lăng (vành lái)

1 - Xường bằng thép 2- Vỏ bọc bằng cao su

Trục lái là thành phần quan trọng trong hệ thống lái, có nhiệm vụ chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái Cấu tạo của trục lái bao gồm trục và các bộ phận bảo vệ xung quanh.

Trục lái của ôtô hiện đại được thiết kế phức tạp, cho phép điều chỉnh độ nghiêng của vô lăng và rút ngắn chiều dài trục lái trong trường hợp va chạm, nhằm giảm thiểu tác động xấu đến người lái khi xảy ra tai nạn.

Trục lái không chỉ là bộ phận chính để điều khiển ôtô mà còn là nơi lắp đặt nhiều thiết bị quan trọng khác như cần điều khiển hệ thống đèn, cần gạt nước, cần điều khiển hộp số, cùng với hệ thống dây điện và các đầu nối điện.

Trục lái là bộ phận quan trọng nằm bên trong vỏ, có nhiệm vụ truyền động quay từ vành tay lái đến cơ cấu lái Phần đầu trên của trục lái thường được thiết kế với ren và then hoa để đảm bảo sự kết nối chắc chắn.

Mô hình lái trợ lực điện được thiết kế và chế tạo với việc kết nối và cố định vô lăng lái trên trục lái Đầu dưới của trục lái được liên kết với trục đầu vào của cơ cấu lái, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc điều khiển.

Trục lái có thể bao gồm một hoặc nhiều đoạn trục được liên kết với nhau Nó kết nối với trục đầu vào của cơ cấu lái thông qua các loại khớp nối như khớp nối kiểu cardan, khớp nối mềm, hoặc đôi khi là khớp nối kiểu chốt.

Hình 1.4 Cấu tạo một trục lái

1 - Vành lái 2 - Cụm công tắc gạt mƣa

3 - Cụm khóa điện 4 - Vỏ trục lái

5 - Khớp các đăng 6 - Trục các đăng

 Kết cấu của một số kiểu trục lái

Hình 1.5 Kết cấu trục lái

2 - Trục trung gian có khớp nối dài 4-Vỏtrụclái

5 -Vỏ cao su chắn bụi

Trục trung gian được trang bị khớp then nhằm giảm thiểu rung động dọc trục truyền lên vô lăng Đối với các loại xe có hệ thống treo phụ thuộc, cơ cấu lái được cố định trên dầm cầu, dẫn đến rung động khi xe di chuyển trên đường không bằng phẳng Sự rung động này làm thay đổi khoảng cách từ cơ cấu lái tới vô lăng, nhưng khớp then giúp khắc phục những thay đổi này, đảm bảo quá trình truyền mô men từ vô lăng xuống cơ cấu lái diễn ra liên tục và ổn định.

Hình 1.6 Kết cấu của khớp then trên trục trung gian

2 - Then trong 4 - Nạng bị động

Trong hệ thống truyền động lái, các đăng kép bao gồm hai các đăng đơn, như minh họa trong hình (H 1.4) Các đăng đơn có cấu trúc đơn giản, bao gồm hai nạng liên kết qua một trục chữ thập, sử dụng bạc lót hoặc ổ bi kim được bôi trơn bằng mỡ Nhờ vào trục các đăng, trục lái có thể được thiết kế với hình dạng phù hợp với không gian và các bộ phận xung quanh.

Nhiều loại xe hiện nay sử dụng khớp nối mềm cho trục lái, được chế tạo từ vật liệu cao su Loại khớp này giúp điều chỉnh đường tâm của trục lái một cách linh hoạt, mang lại hiệu suất tốt hơn cho hệ thống lái.

Thiết kế và chế tạo mô hình lái trợ lực điện bao gồm việc điều chỉnh trục đầu vào cơ cấu lái sao cho có độ lệch góc nhất định Cao su trong khớp chữ thập đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ rung động, giúp vô lăng hoạt động ổn định và giảm thiểu hiện tượng rung lắc.

Hình 1.7 Cấu tạo trục chữ thập

Hình 1.8 Khớp các đăng trên trục lái

1 - Trục chủ động 2 - Trục chữ thập 3 - Bạc lót 4 - Trục bị động

Hình 1.9 Kết cấu thay đổi chức năng của vành tay lái

A Tay lái nghiêng B Tay lái trƣợt

C.Cơ cấu hấp thụ chấn động

Cơ cấu lái là bộ phận giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các bánh xe dẫn hướng

 Cơ cấu lái cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Có thể quay đƣợc cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe

Hiệu suất cao trong hệ thống lái là yếu tố quan trọng, trong đó hiệu suất thuận cần lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm thiểu tác động của các va đập từ mặt đường, giúp giữ lại phần lớn lực tác động tại cơ cấu lái.

 Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết

 Điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái dễ dàng

 Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

 Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao

 Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của thước lái

TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI

 Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic là tỷ số truyền giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái quyết định việc tăng mô men từ vành lái đến các bánh xe dẫn hướng Tỷ số truyền lớn giúp giảm lực đánh lái, tuy nhiên, người lái sẽ cần phải quay vô lăng nhiều hơn khi thực hiện các vòng quay.

Khi chọn tỷ số truyền cho cơ cấu lái, cần đảm bảo rằng bánh xe có thể quay tối đa từ 35° đến 45° từ vị trí trung gian sau 1 đến 2 vòng quay của vô lăng Quy luật thay đổi tỷ số truyền tối ưu được thể hiện trong giản đồ kèm theo.

Trong góc quay   /2, tỷ số truyền của cơ cấu lái đạt giá trị cực đại, đảm bảo độ chính xác cao khi lái ô tô trên đường thẳng với tốc độ lớn Điều này không chỉ giúp lái nhẹ nhàng mà còn giảm thiểu ảnh hưởng của va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái, nhờ vào việc tỷ số truyền thay đổi theo quy luật, cho phép người lái chỉ cần quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian.

Khi góc lái nhỏ hơn hoặc bằng π/2, dòng điện i c giảm nhanh chóng, trong khi ở hai rìa của đồ thị, dòng điện này hầu như không thay đổi Ở đoạn này, khi quay vành lái một góc nhỏ, bánh dẫn hướng quay một góc lớn, giúp cải thiện khả năng quay vòng của ô tô một cách hiệu quả.

 Tỷ số truyền dẫn động lái i d

Tỷ số truyền của bánh xe dẫn hướng phụ thuộc vào kích thước và mối quan hệ giữa các cánh tay đòn Khi bánh xe quay, giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi, nhưng trong các kết cấu hiện nay, tỷ số này chỉ thay đổi không đáng kể, dao động trong khoảng i d = 0,9 đến 1,2.

 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il

Tỷ số này thể hiện mối quan hệ giữa tổng lực cản quay vòng tác động lên bánh xe dẫn hướng và lực cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng trên vành lái.

M C - Mô men cản quay vòng của bánh xe c- cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường trục đứng kéo dài

Bảng1.3.1 Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái

M 1 - Mô men lái đặt trên vành lái

R - bánh kính vành tay lái

Bán kính vành tay lái của hầu hết ô tô hiện nay dao động từ 200 đến 250mm, với tỷ số truyền góc ig không vượt quá 25 Do đó, i l không nên lớn hơn mức cho phép, thường được chọn trong khoảng từ 10 đến 30.

1.3.2 Hiệu suất của hệ thống lái

Hiệu suất thuận trong hệ thống lái được xác định bởi lực truyền từ trục lái xuống, với hiệu suất càng cao thì việc lái xe càng trở nên nhẹ nhàng Do đó, khi thiết kế hệ thống lái, cần đảm bảo hiệu suất thuận đạt mức cao và có khả năng điều chỉnh phù hợp với các điều kiện hoạt động khác nhau.

Hiệu suất nghịch trong hệ thống lái ô tô là chỉ số quan trọng, phản ánh khả năng truyền lực từ đòn quay lên trục lái Nếu hiệu suất nghịch quá thấp, lực va đập sẽ không được truyền đến bánh lái do bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái Tuy nhiên, việc giảm hiệu suất nghịch xuống quá mức cũng không khả thi, vì bánh lái sẽ không thể tự trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mô men ổn định Do đó, để đảm bảo khả năng tự trả lái và hạn chế va đập từ mặt đường, cơ cấu lái cần được thiết kế với hiệu suất nghịch ở mức nhất định.

CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC

 Hệ thống lái trợ lực thủy lực

 Hệ thống lái trợ lực điện

 Hệ thống lái trợ lực điện tử (phi tuyến tính PPS)

 Hệ thống lái trợ lực thủy lực-điện (EHPS)

 Hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hình 1.17 Hệ thống lái thủy lực

Các bộ phận chính của hệ thống lái thủy lực:

 Hệ thống lái trợ lực điện tử (PPS)

Hình 1.18 Hệ thống lái điện tử

PPS điều chỉnh lực vận hành của vô lăng theo tốc độ xe, giúp tạo cảm giác lái thoải mái và an toàn hơn Khi xe di chuyển ở tốc độ thấp, lực đánh lái sẽ nhẹ hơn, trong khi ở tốc độ cao, lực đánh lái sẽ nặng hơn, mang lại sự ổn định và kiểm soát tốt hơn cho người lái.

 Hệ thống lái trợ lực điện (EPS)

EPS trợ lực nhờ mô tơ vận hành lái và giảm lực đánh lái

Trợ lực lái thủy lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thủy lực và tạo mô men trợ lực

Nhƣng EPS sử dụng mô tơ không sử dụng công suất động cơ trong quá trình hoạt động cho nên việc tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm tốt hơn

Có các kiểu trợ lực điện có mô tơ nằm ở các vị trí khác nhau, ở đây mô hình minh họa điển hình mô tơ nằm trên trục lái

Hình 1.19 Hệ thống lái trợ lực điện

Trong giới hạn đề tài này nhóm chúng em sẽ giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện (EPS)

GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực truyền thống phụ thuộc vào sức kéo từ động cơ đốt trong để dẫn động bơm thủy lực, dẫn đến nhược điểm chính là sự phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ Số vòng quay này thay đổi liên tục theo điều kiện vận hành, gây cản trở cho việc trợ lực lái trong các điều kiện di chuyển khác nhau của xe.

Khi ô tô vào chỗ đỗ, động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp, dẫn đến áp suất bơm thủy lực không đủ để hỗ trợ lái Điều này làm tăng lực đánh lái mà tài xế phải tác động lên vô lăng.

- Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp, việc gia tăng tải cho động cơ có thể gây chết máy

Khi ô tô di chuyển với tốc độ cao, động cơ hoạt động ở số vòng quay lớn, dẫn đến bơm quay nhanh và tăng áp suất thủy lực Điều này làm gia tăng trợ lực lái, nhưng có thể gây mất cảm giác lái cho tài xế.

Để khắc phục các trở ngại trong hệ thống lái ôtô, nhiều mẫu xe đã được trang bị bộ điều áp với sự điều khiển của ECU theo chương trình đã cài đặt Tuy nhiên, giải pháp này không hoàn hảo, tạo nên hệ thống lái cồng kềnh và phức tạp Năm 1988, hãng SUZUKI đã giới thiệu hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering) trên xe Cervo Suzuki, nhằm cải thiện hiệu suất và đơn giản hóa cơ cấu lái.

Với nhiều ưu điểm vượt trội, hệ thống lái trợ lực điện hiện đang được hầu hết các hãng sản xuất ô tô như Toyota, BMW, và Hyundai lắp đặt trên các mẫu xe của họ.

2.2 ƢU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG

Hệ thống lái trợ lực điện giá thành rẻ hơn hệ thống lái Thủy lực

Hệ thống lái trợ lực điện có khối lượng nhẹ hơn so với hệ thống lái thủy lực và chỉ hoạt động khi có nhu cầu lái, giúp tiết kiệm năng lượng Khi lái nhiều, hệ thống hoạt động nhiều, và ngược lại Điều này khác biệt với hệ thống lái thủy lực, nơi bơm dầu hoạt động liên tục từ khi động cơ nổ, tiêu tốn một phần công suất đáng kể Việc sử dụng hệ thống lái trợ lực điện trên xe con thông thường có thể tiết kiệm khoảng 0,2 L/100 Km nhiên liệu.

Bảo dƣỡng đơn giản hơn hệ thống lái Thủy lực vì:

Hệ thống lái trợ lực điện có các bộ phận chủ yếu nằm trên trục lái, giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng kiểm tra hơn so với hệ thống lái trợ lực thủy lực Trong khi đó, việc tháo lắp bơm dầu và hệ thống phân phối dầu trợ lực trong hệ thống thủy lực rất khó khăn do chúng được lắp đặt ở những vị trí khó tiếp cận.

Hệ thống lái trợ lực điện nổi bật với độ tin cậy cao, cung cấp sự trợ lực chính xác và nhẹ nhàng cho việc lái xe, đồng thời vẫn giữ được cảm giác lái tự nhiên cho tài xế.

2.3 VỊ TRÍ LẮP ĐẶT VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC BỘ PHẬN

2.3.1 Vị trí lắp đặt các bộ phận

Vị trí lắp đặt có thể khác nhau phụ thuộc vào hãng sản xuất và các loại xe khác nhau, nhƣng cơ bản nó gồm các bộ phận sau:

Hình 2.1 Vị trí của các bộ phận

1-EPS ECU 2- Cảm biến mô men

3- Động cơ điện D/C 4- Cơ cấu giảm tốc

5- Bộ chấp hành ABS và ECU ABS 6- ECU động cơ

7- Đèn báo EPS 8- Rờ le

2.3.2 Chức năng các bộ phận

Cụm chi tiết Chức năng

- Phát hiện sự xoay của thanh xoắn

- Tính toán momen tác dụng lên thanh xoắn nhờ vào sự thay đổi điện áp đặt trên nó

- Đƣa tính hiệu điện áp đó về ECU EPS

- Tạo ra trợ lực tùy thuộc vào tính hiệu từ ECU EPS

Động cơ điện D/C được gắn trên trục lái để cung cấp trợ lực, hoạt động dựa trên tín hiệu từ các cảm biến như tốc độ xe, tốc độ động cơ và cảm biến mô men.

- Cụm đồng hồ táp lô

- Đƣa tính hiệu tốc độ xe đến ECU EPS

- Trường hợp có sự cố đèn EPS sẽ bật sáng

- Giảm vận tốc truyền của động cơ điện D/C truyền chuyển động tới trục thứ cấp

- Rơ le - Cung cấp dòng điện cho động cơ D/C và

- ECU động cơ nhận biết tốc độ của động cơ và đƣa tới ECU EPS

- ECU ABS - ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đƣa tới

Bảng 2.1 Chức năng các bộ phận (trích ô tô Hui)

- Hoat động của EPS - Chức năng của ECU EPS

- Từ giá trị độ xoắn của thanh lái và vận tốc xe sẽ định mức dòng điện cấp tới động cơ điện D/C trợ lực lái

- Điều khiển bù quán tính

- Đảm bảo động cơ điện D/C trợ lực lái hoạt động ngay khi người lái xe khởi hành và xoay vô

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trang 39 lăng

- Điều khiển hổ trợ lực trả lái của các bánh xe sau khi người lái đánh hết vô lăng sang một bên

Điều chỉnh lượng trợ lực khi lái xe ở tốc độ cao giúp giảm thiểu rung động do sự thay đổi trong độ lệch của thân xe.

- Điều khiển bảo vệ quá nhiệt

Dự đoán nhiệt độ của động cơ điện D/C dựa vào cường độ dòng điện và điện áp cấp Khi nhiệt độ của động cơ hoặc ECU trợ lực lái vượt quá mức cho phép, hệ thống sẽ tự động giảm cường độ dòng điện để ngăn ngừa tình trạng quá nhiệt cho động cơ hoặc ECU.

Bảng 2.2 Chức năng của EPS ( trích ô tô Hui)

 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống

 Nguyên lý làm việc của hệ thống

Hệ thống lái trợ lực điện hoạt động khác biệt so với các hệ thống lái trợ lực khác Khi xe di chuyển với tốc độ chậm, tài xế cần nhiều lực để thay đổi hướng, nhưng nhờ cảm biến mô men trên trục lái, ECU gửi tín hiệu đến động cơ D/C để tăng cường lực trợ giúp, giúp tài xế giảm bớt sức lực khi đánh lái.

Khi xe di chuyển với tốc độ cao, hệ thống trợ lực lái điện giảm bớt lực trợ để người lái vẫn giữ được cảm giác lái Trong trường hợp mặt đường xấu hoặc khi có sự thay đổi đột ngột như qua khúc cua nhanh hoặc lạng lách để tránh xe khác, hệ thống trợ lực sẽ hoạt động nhanh chóng để hỗ trợ tài xế xử lý tình huống dễ dàng hơn Hệ thống này sử dụng cảm biến góc lái và cảm biến mô men để thu thập và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm (ECU), trong đó cảm biến mô men đóng vai trò quan trọng nhất.

Các cảm biến như cảm biến tốc độ xe và cảm biến mô men lái truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm (ECU) Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến, ECU tổng hợp và xử lý chúng, đồng thời gửi tín hiệu điều khiển động cơ điện D/C Điều này làm cho bộ trục vít bánh vít hoạt động, quay trục lái chính và dẫn dắt các bánh xe chuyển động.

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện

 Các kiểu lái trực lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện của hãng Ford

Hình 2.4 Trợ lực kiểu dây đai

Hệ thống lái trợ lực điện của hãng Suzuki

Hình 2.5 Trợ lực có mô tơ trên trục lái

Hệ thống lái trợ lực điện của xe AUDI

Hình 2.6 Trợ lực có mô tơ trên thước lái

VỊ TRÍ LẮP ĐẶT VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC BỘ PHẬN

2.3.1 Vị trí lắp đặt các bộ phận

Vị trí lắp đặt có thể khác nhau phụ thuộc vào hãng sản xuất và các loại xe khác nhau, nhƣng cơ bản nó gồm các bộ phận sau:

Hình 2.1 Vị trí của các bộ phận

1-EPS ECU 2- Cảm biến mô men

3- Động cơ điện D/C 4- Cơ cấu giảm tốc

5- Bộ chấp hành ABS và ECU ABS 6- ECU động cơ

7- Đèn báo EPS 8- Rờ le

2.3.2 Chức năng các bộ phận

Cụm chi tiết Chức năng

- Phát hiện sự xoay của thanh xoắn

- Tính toán momen tác dụng lên thanh xoắn nhờ vào sự thay đổi điện áp đặt trên nó

- Đƣa tính hiệu điện áp đó về ECU EPS

- Tạo ra trợ lực tùy thuộc vào tính hiệu từ ECU EPS

Động cơ điện D/C gắn trên trục lái hoạt động để cung cấp trợ lực, dựa trên tín hiệu từ các cảm biến như tốc độ xe, tốc độ động cơ và cảm biến mô men.

- Cụm đồng hồ táp lô

- Đƣa tính hiệu tốc độ xe đến ECU EPS

- Trường hợp có sự cố đèn EPS sẽ bật sáng

- Giảm vận tốc truyền của động cơ điện D/C truyền chuyển động tới trục thứ cấp

- Rơ le - Cung cấp dòng điện cho động cơ D/C và

- ECU động cơ nhận biết tốc độ của động cơ và đƣa tới ECU EPS

- ECU ABS - ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đƣa tới

Bảng 2.1 Chức năng các bộ phận (trích ô tô Hui)

- Hoat động của EPS - Chức năng của ECU EPS

- Từ giá trị độ xoắn của thanh lái và vận tốc xe sẽ định mức dòng điện cấp tới động cơ điện D/C trợ lực lái

- Điều khiển bù quán tính

- Đảm bảo động cơ điện D/C trợ lực lái hoạt động ngay khi người lái xe khởi hành và xoay vô

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trang 39 lăng

- Điều khiển hổ trợ lực trả lái của các bánh xe sau khi người lái đánh hết vô lăng sang một bên

Điều chỉnh lượng trợ lực khi lái xe quay vô lăng ở tốc độ cao giúp giảm rung động do sự thay đổi trong độ lệch của thân xe.

- Điều khiển bảo vệ quá nhiệt

Để dự đoán nhiệt độ của động cơ điện D/C, cần dựa vào cường độ dòng điện và điện áp cung cấp Khi nhiệt độ của động cơ điện D/C hoặc ECU trợ lực lái vượt quá mức cho phép, hệ thống sẽ tự động giảm cường độ dòng điện vào nhằm ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt cho động cơ hoặc ECU.

Bảng 2.2 Chức năng của EPS ( trích ô tô Hui).

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống

 Nguyên lý làm việc của hệ thống

Hệ thống lái trợ lực điện khác biệt so với các hệ thống lái trợ lực khác, khi xe di chuyển chậm, tài xế cần nhiều lực để điều chỉnh hướng Cảm biến mô men trên trục lái nhận diện điều này và gửi tín hiệu tới ECU, từ đó điều khiển động cơ D/C trợ lực hoạt động mạnh hơn, giúp giảm lực đánh lái cho tài xế.

Khi xe di chuyển với tốc độ cao, hệ thống trợ lực lái sẽ giảm để người lái vẫn giữ được cảm giác lái Tuy nhiên, trong trường hợp mặt đường xấu hoặc khi có sự thay đổi đột ngột như qua khúc cua nhanh hay lạng lách để tránh xe khác, hệ thống lái trợ lực điện sẽ hoạt động nhanh chóng để hỗ trợ tài xế xử lý tình huống dễ dàng hơn Để nhận diện những thay đổi này, hệ thống lái trợ lực điện được trang bị cảm biến góc lái và cảm biến mô men, giúp thu nhận và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm (ECU), trong đó cảm biến mô men đóng vai trò quan trọng nhất.

Các cảm biến như cảm biến tốc độ xe và cảm biến mô men lái truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm (ECU) Sau khi nhận các tín hiệu từ cảm biến, ECU tổng hợp và xử lý chúng, sau đó gửi tín hiệu điều khiển cho động cơ điện D/C Điều này kích hoạt bộ trục vít bánh vít, làm quay trục lái chính và giúp các bánh xe dẫn hướng chuyển động.

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện

 Các kiểu lái trực lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện của hãng Ford

Hình 2.4 Trợ lực kiểu dây đai

Hệ thống lái trợ lực điện của hãng Suzuki

Hình 2.5 Trợ lực có mô tơ trên trục lái

Hệ thống lái trợ lực điện của xe AUDI

Hình 2.6 Trợ lực có mô tơ trên thước lái

HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN CỦA SUZUKI

CÁCH BỐ TRÍ VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG

 Có hai cách bố trí hệ thống lái:

Hệ thống lái bên trái được sử dụng trên ôtô tại các quốc gia có luật giao thông đi bên phải, như Việt Nam và nhiều nước khác.

Hệ thống lái bên phải được sử dụng trên ôtô ở các quốc gia có luật giao thông đi bên trái, như Anh, Nhật Bản và Thụy Điển.

Hình 3.1 Hệ thống lái bố trí bên trái

Hình 3.2 Hệ thống bố trí bên phải

1 Vô lăng 2 Giá đỡ trụ lái

3 Trục lái nhỏ 4 ECU EPS

5 Động cơ trợ lực D/C 6 Cảm biến momen

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày về loại trợ lực lái bên trái, cùng với động cơ điện một chiều được bố trí trên trục lái, do cấu tạo của trợ lực lái bên phải và bên trái là giống nhau.

 Cách bố trí động cơ trợ lực D/C

Hình 3.3 Động cơ trợ lực D/C bố trí trên trục lái

Hình 3.4 Sơ đồ lắp mạch của hệ thống

1 Cầu chì tổng của EPS 2 Cầu chì EPS

3 Công tắc máy 4 Hộp cầu chì

5 Cầu chì công tắc 6 Đồng hồ tích hợp

7 Đồng hồ tốc độ 8 Đèn báo EPS

9 Đến cảm biến tốc độ xe (vss 10 ECM/PCM

11 Dây nối đến giắc DLC 12 Bộ kiểm tra

13 Giắc chuyển đổi chẩn đoán 14 Điểm nối mass

17 Động cơ trợ lực D/C 18.Cảm biến momen

19 Điểm nối mass EPS ECU

 Sơ đồ mạch trên xe

Hình 3.5 Sơ đồ mạch hệ thống lái trợ lực điện của Suzuki

Khi tài xế muốn thay đổi hướng di chuyển của xe, họ tác động lực lên vô lăng Cảm biến mô-men trên trục lái sẽ xác định hướng di chuyển mong muốn và gửi tín hiệu điện áp về ECU EPS Đồng thời, các tín hiệu từ cảm biến khác như tốc độ xe và tốc độ động cơ cũng được truyền về ECU EPS Dựa trên những thông tin này, ECU EPS sẽ tổng hợp và tính toán để cung cấp mức độ trợ lực lái phù hợp với điều kiện di chuyển của xe.

CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN

Hệ thống lái trợ lực điện của Suzuki có cấu trúc tương tự như các hệ thống lái trợ lực điện của các hãng khác, bao gồm những bộ phận cơ bản như: động cơ điện, cảm biến, và bộ điều khiển.

 Cảm biến mô men xoắn

3.2.1 Động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều (D/C) trong bộ trợ lực điện bao gồm các thành phần chính như rôto, stato, trục lái chính và cơ cấu giảm tốc, nhằm đảm bảo công suất trợ lực cần thiết.

Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít, giúp truyền mô men từ rôto động cơ điện đến trục lái chính Để giảm độ ồn và tăng tuổi thọ, trục vít được đỡ trên các ổ đỡ Hệ thống khớp nối đảm bảo rằng nếu động cơ điện D/C gặp sự cố, trục lái chính và cơ cấu giảm tốc không bị khóa cứng, cho phép hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường.

Bên trong động cơ D/C còn bố trí một ly hợp từ để thực hiện quá trình ngắt hoặc kết nối giữa trục chính của động cơ D/C và trục vít

Khi nhận tín hiệu điều khiển từ ECU EPS, mô tơ D/C sẽ hoạt động để thực hiện quá trình trợ lực, bao gồm các hành động như quay nhanh, quay chậm, quay trái, quay phải và dừng lại.

Trục thứ cấp được dẫn động bởi mô tơ D/C thông qua cơ cấu trục vít bánh vít, giúp trục thứ cấp quay theo khi mô tơ D/C hoạt động Mô men từ mô tơ D/C được truyền đến cơ cấu lái, nơi nó được tăng lên và sau đó truyền đến bánh xe dẫn hướng thông qua hệ thống dẫn động lái.

3.2.2 Cảm biến mô mem xoắn

Hình 3.7 Cấu tạo các vành răng rotor

Hình 3.8 Mặt cắt ngang cảm biến mô men xoắn

Khi tài xế điều khiển vô lăng, mô men tác động lên trục sơ cấp, khiến rô to phát hiện số 1 và số 2 của cảm biến mô men thông qua thanh xoắn.

Roto phát số 1 và 2 được bố trí trên trục sơ cấp phía vô lăng, trong khi roto phát số 3 nằm trên trục thứ cấp Trục sơ cấp và trục thứ cấp được kết nối thông qua một thanh xoắn Các vòng phát hiện được trang bị cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc ở vòng ngoài, tạo thành một mạch kích thích hiệu quả.

Khi mô men lái được tạo ra, thanh xoắn sẽ bị xoắn, dẫn đến độ lệch pha giữa roto phát hiện số 2 và số 3 Tín hiệu điện áp tỉ lệ với mô men sẽ được gửi đến ECU dựa trên độ lệch pha này.

Khi vô lăng được đánh sang bên phải hoặc trái, mặt đường tạo ra phản lực khiến thanh xoắn thay đổi vị trí giữa rôto phát hiện số 2 và rôto phát hiện số 3 Sự thay đổi này tạo ra tín hiệu điện áp từ cảm biến, gửi đến ECU để thông báo cần xuất tín hiệu trợ lực phù hợp.

Khi vô lăng ở vị trí chính giữa, VT1 và VT2 đều ở trạng thái trung gian, không có độ lệch pha hay tín hiệu xoắn, và điện áp giữa hai tín hiệu lúc này là 2.5V.

Hình 3.9 Khi tay lái ở vị trí trung gian

Khi cảm biến mômen xoắn gặp sự cố, giá trị điện áp giữa hai tín hiệu VT1 và VT2 sẽ khác nhau ở vị trí trung gian.

Hình 3.11 Cảm biến mô men xoắn có sự cố

ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, tiến hành so sánh và tính toán để điều chỉnh tốc độ và hướng quay của mô tơ trợ lực D/C Quá trình này đảm bảo rằng mô tơ hoạt động phù hợp với các tín hiệu mà ECU thu thập từ cảm biến.

Khi hệ thống gặp sự cố, ECU EPS sẽ gửi tín hiệu đến rơle để bật đèn báo EPS trên bảng đồng hồ Đồng thời, ECU EPS cũng lưu trữ mã lỗi để hỗ trợ quá trình sửa chữa.

3.2.4 Đèn báo EPS Đèn báo EPS đƣợc gắn trên bảng đồng hồ táp lô

Khi bật công tắc máy ở vị trí ON, đèn báo EPS sẽ sáng lên, ngay cả khi động cơ chưa hoạt động, và điều này không phụ thuộc vào hoạt động của hệ thống EPS.

Khi đèn EPS sáng lên là nó kiểm tra đèn báo có còn hoạt động không và mạch điện của đèn báo có còn dẫn không

Nếu không có hƣ hỏng thì sau khi đông cơ hoạt động vài giây (khi xe đã chạy) thì đèn báo EPS tắt

Khi ECU EPS phát hiện hư hỏng trong hệ thống EPS, đèn EPS sẽ chớp để cảnh báo người lái về sự bất thường Ngoài ra, đèn báo EPS còn có khả năng xuất mã lỗi bằng cách chớp đèn khi được chuẩn đoán bằng tay.

CÁCH ĐỌC VÀ XÓA MÃ LỖI

 Kết nối máy chẩn đoán với giắc DLC3 của hệ thống EPS

 Bật khóa điện ở vị trí ON

Sau đó làm theo hướng dẫn trên máy

Hình 3.13 Vị trí giắc kết nối máy chẩn đoán

Trước hết ta chem bánh xe, đặt cần số ở vị trí N và kéo hết phanh tay

 Sử dụng dây SST nối chân số 1 tới chân mass số 2 của giắc kiểm tra số 3 (hình 3.14.)

 Đọc mã lỗi từ việc chớp của đèn báo EPS

Sau khi đọc xong đặt công tắc máy ở vị trí OFF ngắt kết nối giữa hai chân 1 và 2

Hình 3.14 Giắc chẩn đoán mã lỗi và đèn báo bằng tay

+ Hình dạng mã lỗi bình thường:

Hình 3.15 Dạng mã lỗi bình thường

 Bảng mã lỗi của hệ thống trợ lực lái điện( trích tài liệu sửa chữa của Suzuki)

Kiểu đèn EPS chớp Bộ phận chuẩn đoán

Chuẩn đoán mã Kiểu xung

- Mã này xuất hiện khi không có mã nào có

- Chuẩn đoán trục trặc theo đèn báo tương ứng với các mã chỉ có số

C1122 22 - Tín hiệu tốc độ động cơ

 Xóa mã lỗi bằng máy

Sau khi xác định các lỗi trong hệ thống, chúng ta tiến hành xóa các mã lỗi bằng cách kết nối với máy chẩn đoán và thực hiện theo hướng dẫn của thiết bị.

 Xóa mã lỗi không sử dụng máy

 Xoay công tắc máy ở vị trí ON

Sử dụng dây kết nối SST, thực hiện việc kết nối và mở kết nối giữa chân số 1 và chân mass số 2 của cặp giắc kiểm tra số 3 ít nhất 5 lần, với khoảng thời gian giữa mỗi lần là 10 giây (hình 3.14).

Hình 3.16 Mã lỗi sau khi xóa bằng tay xong

3.4 CHẾ ĐỘ DỰ PHÒNG CỦA HỆ THỐNG

Khi hệ thống lái trợ lực điện gặp sự cố, để đảm bảo an toàn khi lái xe, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ dự phòng Trong chế độ này, hệ thống lái EPS hoạt động như một hệ thống lái không có trợ lực, giúp người lái vẫn có thể điều khiển xe một cách an toàn.

Sự cố Chế độ hoạt động

- Hỏng cảm biến mômen xoắn

- Đ/C điện bị ngắn mạch ( bao gồm cả sự cố của hệ thống dẫn động)

- Hƣ hỏng trong ECU trợ lực lái

- Nhiệt độ cao trong ECU trợ lực lái

- Hƣ hỏng của cảm biến nhiệt độ bên trong ECU của trợ lực lái

- Sự cố tín hiệu vận tốc xe và tốc độ động cơ

- Tạm dừng trợ lực(trợ lực trở lại sau khi nguồn điện hoạt động binh thường) Bảng 3.2 Chế độ dự phòng

3.5 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục (trích tài liệu sửa chữa của Suzuki)

Triệu chứng Nguyên nhân có thể Kiểm tra

- Vô lăng lắp không đúng

- Hiệu suất cảm biến momen thấp

- Hiệu suất của mô tơ

- Kiểm tra vô lăng lắp lại cho đúng

- Kiểm tra cảm biến momen, mô tơ, cuộn dây, cảm biến tốc độ Thay thế

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trang 55 và Cuộn dây thấp

- Hiệu suất cảm biến tốc độ thấp cột lái nếu có thể

- Xe kéo sang một bên khi lái thẳng

- Kiểm tra cảm biến momen

- Kiểm tra cảm biến momen, thay thế cảm biến (nếu có thể)

Bảng 3.3 Các hƣ hỏng và cách khắc phục

Hình 3.17 Hiển thị các chân hệ thống

 Bản hiện thị mức điện áp của hệ thống EPS ở điều kiện bình thường (bảng 3.4 tríchtài liệu sửa chữa của Suzuki)

Mạch Hiệu điện thế bình thường Điều kiện

A2 - Nguồn ACCU cung cấp cho ECU EPS

A3 - Nguồn từ công tắc máy cung cấp ECU EPS

10V – 14V - Khi công tắc máy ở vị trí ON A4

- Khi công tắc máy ở vị trí ON bánh phía trước bên trái quay nhanh với bánh bên phải bị khóa

A5 - Tín hiệu tốc độ đông cơ

Khoảng 1V - Động cơ chạy không tải đo bằng vạn năng kế A6

0V – 2V - Động cơ chạy không tải và đèn EPS sáng

10V -14V - Động cơ chạy không tải và đèn EPS tắt

A7 - Chân chuẩn đoán Khoảng 5V - Công tắc máy ở vị trí

5V - 7V - Động cơ chạy không tải và vô lăng ở vị trí chạy thẳng

B2 - Đầu ra mô tơ 1 5V - 7V - Động cơ chạy không tải

B4 - Đầu ra ly hợp 1 10V-14V - Động cơ chạy không tải

- Khi công tắc ON vô lăng ở vị trí chạy thẳng

- Kiểm tra điện áp chân

- Khi công tắt ở vị trí

ON vô lăng ở vị trí chạy thẳng

- Kiểm tra hiệu điện thế chân C 2 và C 3

- Chân mass của cảm biến mô men 0V

- Nguồn 5V cung cấp cho cảm biến mô men

- Khi công tắt ON kiểm tra điện thế chân C 4 và C 3

Bảng 3.4 Điện áp bình thường của các bộ phận trong hệ thống

CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC

 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục (trích tài liệu sửa chữa của Suzuki)

Triệu chứng Nguyên nhân có thể Kiểm tra

- Vô lăng lắp không đúng

- Hiệu suất của mô tơ

- Kiểm tra vô lăng lắp lại cho đúng

- Kiểm tra cảm biến momen, mô tơ, cuộn dây, cảm biến tốc độ Thay thế

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trang 55 và Cuộn dây thấp

- Hiệu suất cảm biến tốc độ thấp cột lái nếu có thể

- Xe kéo sang một bên khi lái thẳng

- Kiểm tra cảm biến momen

- Kiểm tra cảm biến momen, thay thế cảm biến (nếu có thể)

Bảng 3.3 Các hƣ hỏng và cách khắc phục

Hình 3.17 Hiển thị các chân hệ thống

 Bản hiện thị mức điện áp của hệ thống EPS ở điều kiện bình thường (bảng 3.4 tríchtài liệu sửa chữa của Suzuki)

Mạch Hiệu điện thế bình thường Điều kiện

A2 - Nguồn ACCU cung cấp cho ECU EPS

A3 - Nguồn từ công tắc máy cung cấp ECU EPS

10V – 14V - Khi công tắc máy ở vị trí ON A4

- Khi công tắc máy ở vị trí ON bánh phía trước bên trái quay nhanh với bánh bên phải bị khóa

A5 - Tín hiệu tốc độ đông cơ

Khoảng 1V - Động cơ chạy không tải đo bằng vạn năng kế A6

0V – 2V - Động cơ chạy không tải và đèn EPS sáng

10V -14V - Động cơ chạy không tải và đèn EPS tắt

A7 - Chân chuẩn đoán Khoảng 5V - Công tắc máy ở vị trí

5V - 7V - Động cơ chạy không tải và vô lăng ở vị trí chạy thẳng

B2 - Đầu ra mô tơ 1 5V - 7V - Động cơ chạy không tải

B4 - Đầu ra ly hợp 1 10V-14V - Động cơ chạy không tải

- Khi công tắc ON vô lăng ở vị trí chạy thẳng

- Kiểm tra điện áp chân

- Khi công tắt ở vị trí

ON vô lăng ở vị trí chạy thẳng

- Kiểm tra hiệu điện thế chân C 2 và C 3

- Chân mass của cảm biến mô men 0V

- Nguồn 5V cung cấp cho cảm biến mô men

- Khi công tắt ON kiểm tra điện thế chân C 4 và C 3

Bảng 3.4 Điện áp bình thường của các bộ phận trong hệ thống

KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HT LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

MÔ TẢ MÔ HÌNH

Với mô hình hệ thống lái trợ lực điện trên xe suzuki mô hình sẽ minh họa đƣợc quá trình trợ lực cho người lái

Mô hình đƣợc phân thành 3 phần chính:

- Thiết lập cơ cấu hãm (tạo mô men cản của mặt đường)

- Phần thiết kế xa bàn

PHẦN THIẾT KẾ

Để lắp ráp các bộ phận như vô lăng, trục lái và sa bàn lên khung, cần thiết kế và chế tạo khung đúng kích thước của từng bộ phận, đồng thời tối ưu hóa cho việc sử dụng và di chuyển.

Hình 4.1 Hình chiếu bằng của khung

Hình 4.2 Hình chiếu cạnh của khung

CHẾ TẠO CƠ CẤU HÃM

Chúng tôi đã nỗ lực chế tạo một cơ cấu hãm trên mô hình, nhằm mang lại cho người lái cảm giác chân thật như đang điều khiển xe Cơ cấu này giúp người lái nhận thấy rõ sự hỗ trợ từ hệ thống trợ lực.

Trong mô hình này, chúng tôi sử dụng phanh bố trên xe đạp để điều chỉnh lực kiềm hãm trục lái, cho phép người vận hành thay đổi mức độ kiểm soát theo ý muốn.

PHẦN THIẾT KẾ SA BÀN

Phần sa bàn được thiết kế để hiển thị tất cả các tín hiệu và phần điều khiển của mô hình Với cấu trúc mô hình hệ thống lái, sa bàn có khung kích thước dài 70 cm và rộng 40 cm.

Hình 4.5 Cơ cấu sa bàn

Hình 4.6 Sa bàn thực tế

PHẦN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) có bộ phận quan trọng nhất là hộp EPS, trong đó mạch điều khiển đóng vai trò quyết định trong việc phát tín hiệu trợ lực Mạch điều khiển này được chia thành hai quá trình chính.

 Quá trình thiết kế mạch

4.5.1 Quá Trình Thiết kế mạch

Trong nghiên cứu và phân tích tín hiệu cũng như các đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện, vi điều khiển pic18F4431 đóng vai trò quan trọng không thể thiếu.

Mô hình có cấu tạo 40 chân, với nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến momen và tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe Để giả tín hiệu, cảm biến tốc độ xe đã được thay thế bằng biến trở Hai tín hiệu quan trọng được thiết lập trong mô hình là cảm biến momen và cảm biến tốc độ xe Do thời gian hạn chế, một số chức năng vẫn chưa được hoàn thiện.

Hình 4.8 Ký hiệu các chân của pic Với các chân của píc đều có các nhiệm vụ khác nhau, suất tín hiệu, nhận tín hiệu cụ thể nhƣ:

Là port I/O, có tất cả 6 chân, từ RA0 đến RA5 Trong đó RA2 và RA3 có thể dùng tiếp nhận điện áp vref+ và Vref-

RA4 còn là ngõ vào xung clock cho timer0 RA5 có thể làm chân chọn phụ cho port chuỗi đồng bộ

Là port I/O, Có 8 chân có thể lập trình bởi phần mềm để làm chức năng kéo lên cho tất cả ngõ vào

RB0 có thể làm chân ngắt ngoài

RB3 có thể làm ngõ vào lập trình điện thế thấp

Các chân còn lại có thể làm ngõ vào ngắt trên chân, lập trình với xung và dữ liệu chuổi PORT C:

Là port I/O có 8 chân, RC0 dùng làm ngõ ra bộ dao động Timer1 hoặc ngõ vào xung timer1

RC1, RC2 có cùng 3 chức năng: làm ngõ ra PWM, so sánh, lấy mẫu, RC1 còn là ngõ vào bộ dao động Timer1

RC3 là ngõ vào xung tuần tự dao động đồng bộ hoặc ra (với chế độ SPI và I2C)

RC4 làm chân nhận dữ liệu (chế độ SPI) hay data I/O (chế độ I2C)

RC5 có thể xuất dữ liệu SPI (chế độ SPI)

RC6 có thể làm chân phát bất đồng bộ (USART) hoặc xung đồng bộ

Là port I/O có thể dùng làm port slave song song khi giao tiếp vơi 1 bus vi xử lý PORT E:

PORT I/O này thường dùng điều khiển chọn/đọc/ghi cho port slave song song

Chân 13 (ÓSC1/CLKIN) tiếp nhận xung ngoài cho bộ dao động thạch anh bên trong

Chân 14 (OSC2/CLOUT) làm ngõ ra bộ dao động thạch anh ở chế độ RC, chân này có tần số bằng 1 4 của OSC1

Chân 1: làm ngõ vào reset

Chân 12, 31 là nối đất Vss, chân 11, 32 là chân cấp nguồn cho píc

 Mạch tạo tín hiệu cảm biến tốc độ xe

Mạch cảm biến tốc độ xe sẽ sử dụng biến trở để điều chỉnh tín hiệu Khi xoay biến trở, mạch sẽ gửi tín hiệu về cho PIC dưới dạng điện áp khác nhau, từ đó thể hiện tốc độ của xe.

Hình 4.8 Mạch tạo tín hiệu tốc độ xe

Khi xoay biến trở, điện áp sẽ thay đổi từ 0-5V tùy vào vị trí xoay Mạch lặp điện áp được thiết kế nối sau biến trở nhằm thay đổi kháng trở của tín hiệu mà không làm thay đổi giá trị điện áp Diode 1N4148 được sử dụng để bảo vệ mạch khi điện áp tăng đột ngột hoặc khi có sự nhầm lẫn về nguồn, giúp tránh hư hại cho PIC.

 Mạch nhận cảm biến momen

Tín hiệu từ cảm biến được tạo ra khi tài xế tác động lực lên vô lăng Cảm biến có cấu tạo đặc biệt giúp nhận biết lực và chiều tác động, sau đó xuất tín hiệu dưới dạng điện áp.

Trong thiết kế và chế tạo mô hình lái trợ lực điện, việc xử lý tín hiệu là rất quan trọng do sự biến đổi liên tục có thể gây nhiễu Do đó, việc chế tạo mạch lặp điện áp để giảm thiểu nhiễu trước khi tín hiệu được gửi đến PIC là cần thiết Mạch sẽ nhận các tín hiệu như 3.9V khi quay trái, 1.1V khi quay phải, và 2.5V ở vị trí trung gian.

Hình 4.9 Mạch lặp điện áp tín hiệu

 Mạch hiển thị tín hiệu

Mạch hiển thị được thiết kế để nhận biết và phân biệt các tín hiệu số khác nhau, đồng thời thể hiện chiều quay của vô lăng khi thực hiện các thao tác quay trái hoặc quay phải.

Hình 4.10 Mạch hiển thị tín hiệu

Hình 4.11 Mạch in hiển thị tín hiệu

Mạch hiển thị sử dụng đèn LED 7 đoạn kết hợp với các IC như 74LS138 và 74LS47 để tối ưu hóa việc chốt và lọc tín hiệu, giúp hiển thị số một cách hiệu quả Việc này không chỉ tiết kiệm chân cho LED mà còn cải thiện hiệu suất khi kết nối với vi điều khiển PIC.

Hầu hết các mạch điện điều khiển đều trang bị một mạch reset, hay còn gọi là nút reset Khi nhấn nút này, mạch sẽ khởi động lại từ đầu, đồng nghĩa với việc tất cả các tín hiệu vào và tín hiệu suất sẽ được tái hiện từ đầu.

Hệ thống lái trợ lực điện bằng motor DC đang ngày càng phổ biến tại Việt Nam Để thiết kế mạch điều khiển cho mô tơ, không chỉ cần cung cấp điện áp 12V mà còn phải tính toán dòng điện phù hợp với đặc tính của mô tơ.

Hãng Suzuki sử dụng động cơ lớn để kích hoạt motor trợ lực thông qua cơ cấu trục vít – bánh vít Để đạt được hiệu quả này, việc tính toán và thiết kế mạch công suất với 4 mosfet để thiết lập mạch cầu H, có khả năng đáp ứng dòng từ 10A đến 40A, là điều cần thiết.

Hình 4.15 Mạch công suất thực tế

Mạch nguồn là thành phần thiết yếu trong mọi mạch điều khiển, được chế tạo để đáp ứng sự khác biệt về nguồn điện của các linh kiện trên thị trường Việt Nam Tùy thuộc vào thiết kế của từng thiết bị, nguồn cung cấp có thể thay đổi, vì vậy việc thiết kế mạch cho từng cụm trong mạch điều khiển là cần thiết Có nhiều kiểu thiết kế mạch như tăng áp, hạ áp, với các IC phổ biến như LM7805, LM7809, LM7905 và LM7909 Trong mô hình này, IC LM7805 được sử dụng để hạ điện áp từ 12V xuống 5V.

Cổng nối là thiết bị kết nối các chân từ mạch điện ra ngoài và ngược lại, cho phép truyền tín hiệu giữa mạch và các thiết bị bên ngoài Mô hình dưới đây minh họa rõ ràng chức năng của cổng nối trong hệ thống điện.

4 chân nhận dòng tín hiệu từ bên ngoài vào mạch

 Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 4.19 Mạch điều khiển thực tế

Bài viết này sẽ trình bày các lừa đồ Quay, Đèn và Ngắt, minh họa cho quá trình điều khiển từ đầu đến cuối, giúp người đọc có cái nhìn tổng quan về hệ thống.

 Lưu đồ tổng quát mô hình:

- Đường màu xanh thể hiện tín hiệu điều khiển động cơ

- Đường màu đen thể hiện tín thể bằng LED Thể hiện tín hiệu không thực hiện quay mô tơ

- Đường màu vàng thể hiện vòng tuần hoàn của chu kỳ hoạt động

Lưu Đồ hoạt động của mô hình

HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

MÔ HÌNH HOÀN CHỈNH

Hình 5.1 Mô hình hoàn chỉnh

5.1.1 Các chân trên mô hình:

Hình 5.2 Các chân trên xa bàn

IG: Dương sau công tắc :12V

C1: Tín hiệu 1 từ cảm biến về ECU EPS 1.1-3.9 V

C2: Tín hiệu 2 từ cảm biến về ECU EPS 1.1 – 3.9V

B1: Đầu ra motor chân số 1

B2: Đầu ra motor chân số 2

B3: Đầu kích ly hợp 1(cơ cấu kích khi cần trợ lực )

B4: Đầu kích ly hợp 2(cơ cấu kích khi cần trợ lực )

Chúng ta nối các chân từ các nguồn khác vào trong mạch nhƣ các tên đã nêu trên

Mô hình đƣa cơ cấu điều khiển ngoài vô lăng ra thì còn có điều chỉnh tốc độ xe nằm trên xa bàn

Hình 5.3 Điều chỉnh tốc độ xe

Lƣa ý: Không đƣợc đấu sai giây, hoặc nguồn, mạch sẽ cháy nếu hiện tƣợng đó xãy ra.

QUI TRÌNH VẬN HÀNH

- Kiểm tra các thiết bị , điện áp nguồn, dây dẫn

- Xoay biến trở đƣa tốc độ xe về 0

- Đánh lái, quan sát mô men thay đổi

- Thay đổi tốc độ xe

- Đánh lái, quan sát sự phụ thuộc mô men trợ lực vào vận tốc xe

- Thay đổi mô men hãm

- Đánh lái, quan sát sự thay đổi của mô men trợ lực

Hình 5.4 Xe đang ở vị trí đứng yên

 Thay đổi tốc độ xe:

Hình 5.5 Vô lăng ở trung gian

- Trong trường hợp chúng ta cho xe chạy và đánh vô lăng ,tín hiệu đèn xanh báo chúng ta biết là đang quay trái hay phải trên xe

Hình 5.6 Vô lăng quay phải

Hình 5.7 Vô lăng quay trái

NHẬN XÉT MÔ HÌNH

- Thông qua mô hình chúng em muốn thể hiện về quá trình lái trợ lực điện

- Đồng thời nêu lên nguyên lý hoạt động cũng nhƣ qui trình trợ lực thông qua các tín hiệu

- Tạo cơ sở tiền đề để có hướng nghiên cứu sâu hơn về hệ thống

- Chƣa thực hiện, và nghiên cứu các tín hiệu có mục đích nâng cao tín năng an toàn

CÁC BÀI THỰC HÀNH

Nhận dạng chi tiết thực tế và phương pháp kiểm tra giá trị điện áp của các chi tiết trong mô hình là rất quan trọng để đánh giá hiệu suất của hệ thống lái trợ lực điện Qua việc phân tích và đo lường, chúng ta có thể rút ra những kết luận cụ thể về độ an toàn và tính hiệu quả của hệ thống này.

- Không đƣợc mắc sai cực ắc qui

- Không dùng đồng hồ đo không đúng thang đo c.Chuẩn bị:

- Đồng hồ đo vôn kế

- Điên áp phải đủ 12V d.Các bước thực hiện

- Cảm biến momen + giả cảm biến

- Biến trở giả cảm biến tốc độ xe

 Sơ đồ khối mạch điện:

Khoa cơ khí động lực

Thực hành lái trợ lực điện

Nhận dạng và kiểm tra chi tiết

Hình 5.4.1 sơ đồ xuất tín hiệu điều khiển

 Sau khi nhận dạng các chi tiết Bước tiếp theo đo tín hiệu điện áp khi mạch xuất,

 Bật vôn kế đúng vị trí than đo

 Ghi lai giá trị điện áp vừa đo rồi so sánh với gá trị trong bản sau:

Chi tiết Đầu nối Điện áp Điều kiện

IG-Mass 12V - Con tắc ở vị trí ON e-f

- Biến trở ở vị trí mức 0 d-f

- Biến trở ở vị trí mức max d-f

- Biến trở ở vị trí mức chính giữa

- Biến trở ở vị trí mức 0 a-c

- Biến trở ở tùy vị trí mà thay đổi điện áp

- Phụ thuộc vào 2 tín hiệu trên

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trang 83 a.Mục đích:

Nhận diện chi tiết thực tế và áp dụng phương pháp kiểm tra giá trị điện áp của các thành phần trong mô hình là cần thiết để đánh giá hiệu suất của hệ thống lái trợ lực điện Việc này không chỉ giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Kết luận từ các kết quả kiểm tra sẽ cung cấp cái nhìn rõ ràng về độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống lái trợ lực điện.

- Không đƣợc mắc sai cực ắc qui

- Không dùng đồng hồ đo không đúng thang đo c.Chuẩn bị:

- Đồng hồ đo vôn kế

- Điên áp phải đủ 12V d.Các bước thực hiện:

- Nhận dạng thiết bị hoạt động

- Quan sát và vận hành hệ thống

- So sánh và rút ra kết luận

Trong quá trình vận hành, các bạn nên quan sát và so sánh với bản tín hiệu sau:

Khoa cơ khí động lực

Thực hành lái trợ lực điện

Kiểm tra tín hiệu hoạt động của hệ thống

Chi tiết Hoạt động Điều kiện

- Đƣợc trợ lực ,nhẹ hơn bình thường

- Trợ lực Sang phải khi đánh vô lăng sang phải

- Trợ lực sang trái khi đánh vô lăng sang trái

- Led hiển thị chiều đánh lái

- Sáng bên phải - CT ở vị trí ON

- Quay vô lăng sang phải

- Quay vô lăng sang trái

- Led 7 đoạn - Hiển thị tốc độ và momen

Hoàn thành đoạn test sau:

Tín hiệu từ cảm biến gửi về ECU EPS có thể là tín hiệu tuyến tính, dạng xung, hoặc cả hai Hệ thống sử dụng motor DC để trợ lực thông qua cơ cấu bánh răng và thanh răng.

3 Cảm biến momen xoắn dùng loại cảm biến gi? a.cảm biến hall b.cảm biến quang c.cảm biến điện từ d.cảm biến hall kép

Phần C : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau khi nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện”, nhóm chúng em đã nỗ lực hết mình và nhận được sự hướng dẫn tận tình từ thầy Võ Xuân Thành Nhờ đó, chúng em đã hoàn thành tốt chương trình đúng thời gian quy định trước khi tốt nghiệp.

Thông qua đồ án tốt nghiệp, chúng em đã củng cố kiến thức và học hỏi thêm những điều mới mẻ Hơn nữa, quá trình này giúp chúng em làm quen với áp lực công việc và trách nhiệm hoàn thành đồ án, điều mà mỗi người sẽ phải đối mặt sau khi ra trường.

Mặc dù nhóm đã hoàn thành đề tài đúng hạn, nhưng do những yếu tố khách quan, mô hình vẫn cần bổ sung một số vấn đề mà chúng tôi chưa kịp nghiên cứu và hoàn thiện.

Do hạn chế về thời gian và kinh phí, đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu và chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện cho xe Suzuki Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển khác mà nhóm chưa thực hiện được.

- Nghiên cứu, thiết kế mạch các tín hiệu có tính chất nâng cao độ tin cậy, an toàn cho người điều khiển

- Nghiên cứu sâu vào hệ thống và đƣa ra các giải pháp thiết kế mạch cũng nhƣ lập trình tốt hơn

Nghiên cứu sâu về hệ thống và so sánh cấu trúc, nguyên lý hoạt động của các hãng trên thị trường Việt Nam giúp nhóm xác định hướng nghiên cứu khoa học riêng Điều này không chỉ tạo ra cơ sở để phát triển các giải pháp cải tiến mà còn định hướng cho tương lai của hệ thống.

Nhóm cũng huy vọng có cơ hội tiếp tục nghiên cứu về hệ thống với định hướng trên sau khi ra trường

Ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, đặc biệt là quá trình điện hóa trên xe Điều này yêu cầu nguồn nhân lực có trình độ kỹ thuật cao, vì vậy các trường đại học và cao đẳng cần có chính sách cải tiến và đầu tư hợp lý để đáp ứng nhu cầu lao động hiện tại và tương lai Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Võ Xuân Thành cùng các thầy trong khoa cơ khí động lực đã hỗ trợ nhóm trong quá trình thực hiện đề tài, và cảm ơn các bạn trong lớp đã động viên, giúp đỡ và góp ý để chúng em hoàn thành tốt hơn.

Tiêu đề	Thiết Kế Chế Tạo Mô Hình Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện
Tác giả	Dương Văn Yên, Nguyễn Tấn Nhật
Người hướng dẫn	Võ Xuân Thành
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Cơ Khí Động Lực
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2012
Thành phố	TP. HCM

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	1,59 MB