Thiết kế mô hình hệ thống lái ô tô có trợ lực điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ CÓ TRỢ LỰC ĐIỆN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Anh Tuấn Sinh viên thực MSSV Lớp Lê Tuấn Kha 1811252751 18DOTC1 Nguyễn Quốc Thái 1811252825 18DOTC1 Đỗ Ngọc Tuấn 1811251090 18DOTC1 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT .vi MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC HÌNH xi DANH MỤC CÁC BẢNG xiv Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Tầm quan trọng vấn đề 1.1.3 Ý nghĩa đề tài 1.1.4 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nhghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Kết dự kiến đạt 1.6 Bố cục đồ án Chương 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI 2.1 Lịch sử hình thành, phát triển hệ thống lái trợ lực lái ô tô 2.2 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống lái 2.2.1 Nhiệm vụ hệ thống lái 2.2.2 Phân loại hệ thống lái 2.2.3 Yêu cầu hệ thống lái 2.3 Nguyên lý hoạt động, cấu tạo hệ thống lái 2.3.1 Nguyên lý hoạt động 2.3.2 Cấu tạo hệ thống lái viii 2.4 Hệ thống lái trợ lực điện 19 2.4.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc phận hệ thống trợ lực lái điện 20 2.4.2 Tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu mô tơ trợ lực lái điện 23 2.4.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực điện 25 2.5 Hiểu thêm hệ thống lái trợ lực điện TOYOTA CAMRY 26 2.5.1 Hoạt động hệ thống lái trợ lực điện Toyota Camry 27 2.5.2 Đặc điểm hệ thống lái trợ lực điện Toyota Camry 28 2.5.3 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực điện Toyota Camry 29 2.6 Những hư hỏng thường gặp hệ thống lái trợ lực điện, phương pháp kiểm tra, bảo dưỡng sữa chữa 35 2.6.1 Các hư hỏng thường gặp, nguyên nhân cách khắc phục 35 2.6.2 Kiểm tra, điều chỉnh hệ thống lái 36 Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ CÓ TRỢ LỰC ĐIỆN 39 3.1 Phương án thiết kế 39 3.1.1 Các phương án thiết kế 39 3.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế 43 3.2 Tính tốn thiết kế khung giá đỡ mơ hình 44 3.3 Mô 3D mơ hình chi tiết 45 3.4.1 Chọn vật liệu thép 49 3.4.2 Vô lăng 50 3.4.3 Cột trợ lực lái điện 51 3.4.4 Hộp điều khiển EPS 51 3.4.5 Trục lái 52 3.6 Tiến hành lắp ráp mơ hình 56 3.7 Vận hành, kiểm tra hệ thống 61 3.8 Kết đạt sau vận hành mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 62 Chương 4: 63 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 4.1 Kết luận 63 4.2 Hướng phát triển đề tài 63 ix TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Sơ đồ hệ thống lái ô tô Hình 2 Vơ lăng Toyota Vios Hình Cấu tạo trục lái ô tô Hình Kết cấu trục lái Hình Kết cấu khớp then trục trung gian 10 Hình Cấu tạo trục chữ thập 11 Hình Khớp đăng trục lái 11 Hình Kết cấu thay đổi chức vành tay lái 12 Hình Cơ cấu lái bánh - 13 Hình 10 Cơ cấu lái kiểu trục vít – cung 14 Hình 11 Cơ cấu lái kiểu trục vít – lăn 14 Hình 12 Cơ cấu lái kiểu trục vít – địn quay 15 Hình 13 Cơ cấu lái kiểu trục vít – ECU bi 16 Hình 14 Hệ thống lái trợ lực thủy lực 17 Hình 15 Hệ thống lái trợ lực điện 18 Hình 16 Hệ thống lái trợ lực Hybrid 19 Hình 17 Cấu tạo trợ lực lái điện 20 Hình 18 Cấu tạo mô tơ điện DC 21 Hình 19 Cảm biến momen 22 Hình 20 Sơ đồ hệ thống tín hiệu hộp EPS 23 Hình 21 Xe Toyota Camry 2018 26 Hình 22 Hệ thống trợ lực lái điện ô tô Toyota Camry 28 Hình 23 Kết cấu hệ thống EPS Toyota 29 Hình 24 Cảm biến momen 30 Hình 25 Mơ tơ điện DC 31 Hình 26 Trục lái Toyota Camry 32 Hình 27 Vị trí trục lái xe Toyota Camry 33 xi Hình 28 Cấu tạo trục đăng 33 Hình 29 Cấu tạo thước lái 34 Hình 30 Vị trí cụm đồng hồ táp lô xe 35 Hình Bản vẽ mơ hệ thống lái có trợ lực cấu lái 39 Hình Mơ tơ chế tạo liền khối với cấu lái 40 Hình 3 Mơ tơ chế tạo rời lắp với trục bánh cấu lái 41 Hình Bản vẽ mơ hệ thống lái có trợ lực trục lái 41 Hình Hệ thống lái có trợ lực trục lái 42 Hình Hình vẽ khung giá đỡ mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 45 Hình Khung giá đỡ mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 46 Hình Vơ lăng mơ 3D 46 Hình Mơ tơ trợ lực mơ 3D 47 Hình 10 Thước lái mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 47 Hình 11 Trục lái mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 48 Hình 12 Bảng mica mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 48 Hình 13 Mơ hình mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 49 Hình 14 Thép lỗ đa 40x40 50 Hình 15 Vơ lăng Kia Picanto 2009 50 Hình 16 Cột trợ lực lái TOYOTA PRIUS 2009 51 Hình 17 Hộp điều khiển EPS TOYOTA PRIUS 2009 51 Hình 18 Trục lái TOYOTA VIOS 2009 52 Hình 19 Thước lái TOYOTA VIOS 52 Hình 20 Cơng tắc chấu 53 Hình 21 Đồng hồ Von-Ampe 54 Hình 22 Cầu chì 54 Hình 23 Dây điện 55 Hình 24 Sơ đồ mạch điện hệ thống lái ô tô có trợ lực điện 55 Hình 25 Đo cắt thép theo sơ liệu 56 Hình 26 Bát tam giác bulong chuyên dụng 57 xii Hình 27 Khóa chặt góc 57 Hình 28 Khung mơ hình theo vẽ 58 Hình 29 Lắp ráp phận vào khung giá đỡ 58 Hình 30 Các giắc hộp EPS 59 Hình 31 Mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện hồn thiện mặt trước…………… 60 Hình 32 Mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện hoàn thiện mặt sau……………….…61 xiii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng So sánh trợ lực cấu lái trợ lực trục lái 43 xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EPS: Electric Power Steering: Hệ thống lái trợ lực điện; ECU EPS: Electronic Control Unit Electric Power Steering: Hộp điều khiển hệ thống lái trợ lực điện; ĐATN: Đồ án tốt nghiệp xv LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô có bước phát triển đáng kể Đặc biệt, tơ có có can thiệp mạnh mẽ hệ thống điện - điện tử nhằm đáp ứng yêu cầu như: Tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại khí thải, tăng tính an tồn tiện nghi tơ Ngày nay, ô tô kết hợp hoàn hảo khí điện tử Hầu hết hệ thống điện tơ có mặt vi xử lý để điều khiển trình hoạt động hệ thống Các hệ thống đời ứng dụng rộng rãi loại ô tô, từ hệ thống điều khiển động hộp số hệ thống an toàn tiện nghi ô tô như: hệ thống chống trượt lết phanh (ABS), hệ thống chống trượt quay (TRC), hệ thống ổn đinh động học (VSC)… Không dừng lại ở đó, kỹ sư nhà chế tạo ô tô đưa điện vào hệ thống lái thay cho hệ thống lái trợ lực thủy lực cổ điển nhằm mục đích: Giảm tiêu hao nhiên liệu, trợ lực chính xác làm cho hệ thống lái đơn giản Đó hệ thống lái trợ lực điện hay goi EPS (Electric power system) Với hy vọng tổng hợp lại kiến thức học muốn hiểu biết, nắm bắt sâu sắc hệ thống lái trợ lực điện để bổ sung thêm vốn kiến thức bước chân trường, nên chúng em định chọn đồ án “Thiết kế mơ hình hệ thống lái ô tô có trợ lực điện" Trên tinh thần làm việc nghiêm túc cùng với nỗ lực cao nhóm chúng tôi, nội dung đồ án xây dựng sở tính tốn khoa học có tính thuyết phục cao Bản đồ án trình bày cách đơn giản hóa, chi tiết nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu xvi Hình 21 Đồng hồ Von-Ampe (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) c) Cầu chì - Mơ hình sử dụng cầu chì 10A 30A - Thơng số kỹ thuật: • Model: cầu chì lưỡi • Dịng điện chịu tối đa: 10A 30A • Ứng dụng: bảo vệ mạch điện khơng bị hư hỏng bị dòng ngắn mạch Hình 22 Cầu chì (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) 54 d) Dây điện Chọn loại dây điện đơn mềm, chịu nhiệt, lõi đồng nhiều sợi Các sợi lõi đồng dẫn điện có đường kính 0.2mm mềm dẻo Bên bọc lớp cách điện nhựa PVC cao su lưu hóa Hình 23 Dây điện (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) 3.5 Thiết kế sơ đờ mạch điện Nhóm chúng tơi xin thiết kế mạch điện theo sơ đồ sau: Hình 24 Sơ đồ mạch điện hệ thống lái ô tô có trợ lực điện (Nguồn: Bản vẽ ĐATN nhóm) 55 Nguyên lý hoạt động mạch điện: - Khi khóa điện ở vị trí OFF mạch điện không hoạt động vẫn có nguồn điện qua đồng hồ V–A đến chân PIG hộp ECU EPS để nuôi hộp - Khi khóa điện ở vị trí ON (IG) có dòng điện từ ắc quy đến cầu chì 30A qua cầu chì 10A đến khóa điện qua ECU EPS mass Lúc hệ thống EPS hoạt động, chúng ta đánh lái qua trái phải cảm biến mô men hoạt động đo mô men đánh lái sau đó gửi hộp điều khiển Căn vào tín hiệu gửi về, hộp điều khiển phát dòng điện điều khiển hoạt động mô tơ trợ lực với lực đủ lớn để hỗ trợ người lái xoay trục lái theo hướng mong muốn nhẹ nhàng Điện áp thay đổi mô tơ trợ lực lái thể đồng hồ V-A 3.6 Tiến hành lắp ráp mô hình ➢ Bước 1: Cắt vê đúng cách, phần quan trọng nhất, cắt ý lỗ phải đồng với để sau ráp kệ không bị méo Hình 25 Đo cắt thép theo sô liệu (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) ➢ Bước 2:Bắt bulong sử dụng bulong bát tam giác chuyên dụng cho thép V lỗ đa định hình cho khung kệ theo kích thước tính sẵn, đưa tam giác vào góc sau đó bắt 56 bulong vào, lưu ý không bắt chặt bulong từ đầu, tốt nên bắt bulong tay trước Hình 26 Bát tam giác bulong chuyên dụng (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) ➢ Bước 3: Khóa chặt góc để hịan thành, định hình song núc tiến hành lấy vng góc cạnh, lấy vng góc cạnh siết chặt ốc đó, siết bốn góc ngồi cùng để lấy độ vng trước sau đó siết phần cịn lại Hình 27 Khóa chặt góc (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) 57 ➢ Bước 4: Sắp xếp định hình khung theo vẽ, tiến hành siết ốc hoàn thành khung mơ hình Hình 28 Khung mơ hình theo vẽ (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) - Bước 5: Đưa thiết bị phận vào vị trí khung giá đỡ vẽ thiết kế, sau đó lắp ráp phận lại với siết bu lơng cố định vị trí Hình 29 Lắp ráp phận vào khung giá đỡ (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) 58 - Bước 6: Nối dây cho mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện Kết nối giắc hộp EPS gồm cụm (tính từ trái qua): Hình 30 Các giắc hộp EPS (Nguồn: Internet) • P7: Đây cụm nguồn để cấp cho hộp, chân số nối với dương nguồn, chân số nối mass; • P9: Đây cụm motor trợ lực; • P8: Ta chỉ dùng chân 1,2,6,7 Trong mơ hình lần này, ta chỉ sử dụng chân số để kết nối với khóa điện; • P10: Đây cụm cảm biến momen - Bước 7: Hồn thiện mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 59 Hình 31 Mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện hoàn thiện mặt trước (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) 60 Hình 32 Mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện hoàn thiện mặt sau (Nguồn: Ảnh chụp ĐATN nhóm) 3.7 Vận hành, kiểm tra hệ thống Cấp nguồn điện 12V từ ắc quy cho mơ hình: - Khi khóa điện chưa bật ON, hệ thống chưa hoạt động, hộp EPS chưa nhảy, chưa có trợ lực, đánh lái nặng - Khi ta bật khóa điện ON, có nguồn cấp từ ắc quy đến cầu chì 30A đến đồng hồ đo điện qua cực PIG hộp EPS có nguồn từ cầu chì 30A đens cầu chì 10A qua khóa điện tới chân IG hộp EPS Lúc này, hộp hoạt động phát tiếng kêu tạch tạch trợ lực vẫn chưa hoạt động Chỉ ta xoay vô lăng, cảm biến 61 momen nhận biết tín hiệu, gửi thơng tin hộp hộp điều khiển motor hoạt động trợ lực Đồng hồ đo hiển thị thông số điện áp chạy qua mạch cường độ dịng điện cấp cho mơ tơ hoạt động 3.8 Kết quả đạt sau vận hành mô hình hệ thống lái có trợ lực điện Hệ thống hoạt động tốt, cho thấy hoạt động trợ lực đánh lái; Mơ hình dễ thao tác, dễ sử dụng, thuận tiện cho việc học tập; Mơ hình dễ lắp ráp tháo dỡ, thuận tiện cho việc di chuyển 62 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết ḷn Thơng qua q trình thực đồ án tốt nghiệp, đề tài “THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ CÓ TRỢ LỰC ĐIỆN”, nhóm đạt được: - Hoàn thành đồ án theo đúng với yêu cầu đặt ra: Thời gian thực hiện, cấu trúc phần, trình bày báo cáo, mơ hình; - Về mặt kiến thức: Tổng hợp lại tồn kiến thức bao gồm phần khí, điện điện tử Nâng cao kiến thức lý thuyết kiến thức thực tế thông qua trình làm báo cáo thực mơ hình; - Về măt kỹ năng: Vận dụng, trao dồi kỹ tin học văn phịng viết thuyết trình, báo cáo; Tin học học kỹ thuật thực mô phỏng, thiết kế hệ thống; Kỹ gia công, chế tạo thực chế tạo mơ hình Bên cạnh đó nâng cao khả làm việc cá nhân làm việc nhóm, kỹ tổ chức cơng việc cho đồ án hoàn thiện cách tốt tất thành viên nhóm phải tham gia thực hiện; - Về đối tượng nghiên cứu đề tài hệ thống lái có trợ lực điện nhóm tơi hồn thành đầy đủ phần yêu cầu, nhiệm vụ, cấu tạo, nguyên lý vận hành, bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái có trợ lực điện tìm hiểu chi tiết dòng xe Toyota Camry 2018 4.2 Hướng phát triển đề tài - Mặc dù đề tài hoàn thành mặt nghiên cứu lý thuyết có mơ hình thực tế đề tài vẫn chỉ dừng lại ở mức mặt lý thuyết, chế tạo kiểm nghiệm ở mô hình Xong đề tài có số phần nghiên cứu lên cao như: 63 - Tính tốn, thiết kế để nâng cao khả vận hành, độ bền tính tin cậy hệ thống lái trợ lực điện - Về mơ hình có thêm phần mô phản lực mặt đường tương ứng với nhiều điều kiện mặt đường khác gồ ghề, trơn trượt, cát, để thể rõ khả vận hành hệ thống mơ hình sát với thực tế 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Google Sites: https://xn bpinthcm-mcb2907evca8u.vn/tim-hieu-ve-thong-lai-cuaxe-oto/, 06/04/2020 [2] Google Sites: https://cecas.clemson.edu/cvel/auto/systems/ep_steering.html, [3] GoogleSites: https://www.motortrend.com/how-to/150-electric-power-steering-ju nkyard-prius-delivers/,10/3/2020 [4] Google Sites: https://www.scribd.com/document/180205226/EPS-Toyota-pdf, [5] Google Sites: https://www.caranddriver.com/features/a27888229/power-steering/ , 11/6/2019 [6] Nguyễn Phụ Thượng Lưu Công nghệ chẩn đốn sửa chữa kiểm định tơ Trường Đại học Công nghệ Tp.HCM, 2017 [7] Nguyễn Văn Nhanh Lý thuyết ô tô Trường Đại học Công nghệ Tp.HCM, 2018 65 PHỤ LỤC 66 67 68 ... Internet) 2.4 Hệ thống lái trợ lực điện Hệ thống lái trợ lực mô tơ trợ lực lái điện sử dụng mô tơ điện để trợ lực lái Đó hệ thống lái độc lập với mô tơ điện Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) vận hành... Thước lái mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 47 Hình 11 Trục lái mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 48 Hình 12 Bảng mica mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 48 Hình. .. đỡ mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 45 Hình Khung giá đỡ mơ 3D mơ hình hệ thống lái có trợ lực điện 46 Hình Vơ lăng mô 3D 46 Hình Mơ tơ trợ lực mô 3D 47 Hình 10