CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan hệ thống lái
2.1.1 Giới thiệu hệ thống lái trợ lực điện
2.1.1.1 Lịch sử hình thành hệ thống lái trợ lực điện
Hiện nay, hầu hết các dòng xe trên thị trường đều được trang bị tính năng trợ lực cho tay lái, trong đó công nghệ Trợ lực tay lái điện tử (EPS) chiếm ưu thế so với các kiểu trợ lực truyền thống khác.
Hệ thống trợ lực tay lái đầu tiên được lắp đặt trên ô tô vào năm 1876 bởi thợ máy Fitts, một nhân vật ít được biết đến Tiếp theo, công nghệ này được áp dụng trên chiếc xe tải Colombia có trọng tải 5 tấn.
Tháng 4 năm 1900 Robert E Twyford, một cư dân ở thành phố Pittsburgh, bang Pennsylvania Hoa Kì đã đăng kí bằng sáng chế cho cơ cấu trợ lực cơ khí và sử dụng nó trên chiếc xe đầu tiên có hệ thống dẫn động toàn phần
Năm 1926, kỹ sư Francis W Davis từ hãng Pierce-Arrow đã phát minh ra phương pháp chế tạo bộ phận trợ lực dễ dàng hơn Sau đó, ông gia nhập General Motors và thành công trong việc sáng chế hệ thống trợ lực bằng thủy lực, hay còn gọi là trợ lực dầu.
Trong Thế chiến thứ hai, quân đội yêu cầu các phương tiện hạng nặng có tay lái dễ điều khiển, dẫn đến việc trang bị tính năng trợ lực tay lái cho xe bọc thép và xe tăng của quân đội Hoa Kỳ và Anh Năm 1951, Chrysler giới thiệu hệ thống trợ lực tay lái đầu tiên cho xe khách thương mại mang tên “Hydraguide” trên mẫu Chrysler Imperial, dựa trên một số bằng sáng chế của Davis Đến năm 1952, General Motors ra mắt mẫu Cadillac với hệ thống trợ lực tay lái, kế thừa những phát minh mà Davis đã thực hiện gần 20 năm trước.
Hình 2.1: Chrysler Imperial 1951 Đến năm 1988 EPS đầu tiên trên thế giới được giới thiệu cho Suzuki Cervo, đây là loại trợ lực cột lái – Column EPS
2.1.1.2 Phân tích, so sách ưu nhược điểm của hệ thống lái sử dụng trợ lực điện và hệ thống trợ lực lái thủy lực
➢ Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hệ thống trợ lực lái thủy lực là nền tảng cho những tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực hỗ trợ lái xe, mang lại nhiều lợi ích mà cho đến nay vẫn chưa có công nghệ nào có thể thay thế.
Hình 2.3: Hệ thống trợ lực lái thủy lực HPS
Hệ thống này có tính kinh tế cao với chi phí sản xuất thấp và phí bảo dưỡng rẻ Các lỗi thường gặp thường đơn giản và không gây hậu quả nghiêm trọng, như rò rỉ dầu hay hỏng van phân phối Những hư hỏng này có thể dễ dàng khắc phục thông qua việc bảo dưỡng định kỳ, kiểm tra và thay thế dầu trợ lực lái.
Trợ lực lái thủy lực mang lại tính ổn định cao cho xe, với khả năng trả lái vô lăng về trung tâm nhanh chóng, giúp việc giữ xe đi trên một đường thẳng trở nên dễ dàng hơn.
Hệ thống lái thủy lực mang đến cảm giác lái chân thực nhờ cấu trúc hoàn toàn cơ khí, giúp tài xế cảm nhận rõ lực phản hồi từ mặt đường qua vô lăng Điều này khiến những người đam mê Off-road đặc biệt yêu thích hệ thống này.
Cảm giác lái của hệ thống lái thủy lực chưa được tối ưu do phụ thuộc vào tốc độ động cơ để bơm tạo áp suất dầu Ở dải tốc độ thấp, áp suất sẽ thấp, dẫn đến trợ lực yếu và cảm giác lái nặng tay Ngược lại, khi di chuyển ở dải tốc độ cao, áp suất tăng, khiến tay lái trở nên nhẹ hơn.
Kiểm tra dầu trợ lực lái là cần thiết vì hệ thống này sử dụng áp suất dầu để tạo ra lực trợ lực Việc rò rỉ dầu là vấn đề thường gặp, do đó cần thực hiện kiểm tra định kỳ và thường xuyên để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.
Hệ thống lái thủy lực hiện tại có độ chính xác chưa cao do lực trợ lực chưa được tối ưu Điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan như áp suất dầu, tốc độ động cơ và các chi tiết cơ khí.
➢ Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện (EPS), còn được gọi là trợ lực lái dẫn động bằng động cơ (MDPS), sử dụng động cơ điện để hỗ trợ người lái trong quá trình điều khiển xe.
• Động cơ điện dẫn động
Mô đun điều khiển và hệ thống lái cơ bản (cơ khí) được phát triển từ các tính năng của hệ thống lái cũ, kết hợp với công nghệ tiên tiến hiện đại Hệ thống trợ lực lái điện đã khắc phục nhiều nhược điểm trước đây, giúp cải thiện độ chính xác và tối ưu hóa lực trợ lực, mang lại trải nghiệm lái xe tốt hơn.
Hình 2.4: Hệ thống lái trợ lực điện
• SERVO GEAR: cơ cấu trợ lực lái
• INTERMEDIATE SHAFT: trục trung gian
• TIEROD: rô tuyn (thanh nối)
Hệ thống lái trợ lực điện mang đến cảm giác lái an toàn và linh hoạt, điều chỉnh lực trợ lực phù hợp với từng trạng thái di chuyển Khi xe di chuyển ở tốc độ cao, vô lăng sẽ nặng hơn nhờ vào dòng điện mà ECU đã tính toán và cung cấp cho mô tơ trợ lực, giúp tăng cường sự kiểm soát và ổn định cho người lái.
Các loại hệ thống lái trợ lực điện
2.2.1 Trợ lực cột lái – Column EPS ( EPSc )
Hình 2.21: Trợ lực cột lái – Column EPS
EPS loại cột lái có lịch sử lâu đời nhất Trong Column EPS, mô tơ điện được lắp ở cột lái và dẫn động trục lái trực tiếp
• Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ
Mô tơ điện được bảo vệ bên trong bảng điều khiển, giúp giảm thiểu tác động của nước và nhiệt độ khắc nghiệt Điều này đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định mà không bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi các yếu tố môi trường.
Hình 2.22 : Cơ cấu hoạt động của trợ lực cột lái
Bộ trợ lực điện EPSc được lắp đặt gần khoang nội thất của xe, mang lại lợi ích cho các yêu cầu về môi trường Với thiết kế này, bộ trợ lực không cần phải kín nước khi ở bên trong xe Nó có khả năng hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ -40 đến 85 °C, trong khi khoang động cơ yêu cầu phạm vi rộng hơn từ -40 đến 125 °C Tuy nhiên, nhiệt độ cao vẫn là một thách thức đối với các bộ phận điện tử của bộ trợ lực Một điểm cần lưu ý là cụm trợ lực điện được đặt khá gần người lái, điều này có thể gây ra một số vấn đề.
Cơ cấu trợ lực của EPSc không sử dụng trục vít và bánh vít tự khóa Thay vào đó, trục vít được gắn vào trục động cơ của mô tơ điện, trong khi bánh vít kết nối với trục lái Ngoài ra, còn có các loại cơ cấu khác như cơ cấu dây đai hoặc truyền động trực tiếp.
Lực từ bộ trợ lực được truyền dọc theo trục lái và bánh răng, thiết lập giới hạn cho lực lái tối đa Đối với mô men xoắn cao hơn, cần có sự bố trí chắc chắn hơn, dẫn đến chi phí sản xuất tăng.
Nhược điểm của hệ thống EPS cột lái là cảm giác tê liệt do kết nối trực tiếp giữa động cơ và cột lái, dẫn đến tăng ma sát cơ học Động cơ được lắp ở đầu trục lái, yêu cầu khớp nối phải được gia cố để tránh xoắn do mô men xoắn của động cơ điện, điều này làm tăng quán tính và ma sát, gây ra cảm giác tê liệt hơn Vấn đề này càng nghiêm trọng khi tải trọng cầu trước nặng Do đó, EPS cột lái thường được sử dụng cho những chiếc xe nhỏ giá rẻ.
Trợ lực cột lái, hay Column EPS, lần đầu tiên được giới thiệu trên thế giới cho mẫu xe Suzuki Cervo vào năm 1988, mặc dù chỉ có chức năng hỗ trợ đỗ xe Hiện nay, nhiều dòng xe thuộc phân khúc Sedan và Hatchback đã áp dụng công nghệ trợ lực cột lái này, mang lại trải nghiệm lái xe tiện lợi và an toàn hơn.
27 như Toyota Vios, Kia Moring, Hyundai Accent Ngoài ra, các hãng xe hạng sang cũng sử dụng trợ lực cột lái như BMW 750i và Audi A8 bản 2006
Hình 2.23: BMW 750i 2006 2.2.2 Trợ lực lái thanh răng đơn – Single-Pinion EPS ( EPSp )
Hình 2.24: Trợ lực lái thanh răng đơn – Single-Pinion EPS
Trợ lực lái thanh răng đơn EPS tích hợp cơ cấu trợ lực điện vào bánh răng của trục lái, cho phép động cơ điện tác động trực tiếp lên thanh răng thông qua cơ cấu ăn khớp giữa hai bánh răng Hệ thống này mang lại cảm giác lái tốt hơn so với EPS cột lái Tuy nhiên, nhược điểm nghiêm trọng của nó là mô tơ điện nằm ngay phía trước bàn đạp, có thể gây nguy hiểm cho người lái trong trường hợp va chạm từ phía trước khi mô tơ bị đẩy vào chân.
Nhiều nhà sản xuất ô tô đã chuyển sang sử dụng hệ thống trợ lực lái thanh răng kép nhằm khắc phục nhược điểm an toàn của các gian chật hẹp, dễ gây thương tích.
Hình 2.25: Cơ cấu liên kết bên trong của trợ lực lái thanh răng đơn
Trợ lực lái thanh răng đơn được sử dụng rộng rãi trên các dòng SUV và Pickup – bán tải, tiêu biểu là Honda CR – V
2.2.3 Trợ lực lái thanh răng kép – Dual-Pinion EPS ( EPSdp )
Trợ lực lái điện thanh răng kép bổ sung hàng răng thứ hai vào hệ thống lái, với mô tơ điện dẫn động hàng răng này Việc lắp đặt động cơ xa cột lái giúp giảm thiểu nguy cơ chấn thương ở chân trong trường hợp va chạm Hơn nữa, việc tách động cơ khỏi cột lái còn cải thiện cảm giác lái, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người điều khiển.
Hình 2.27: Trợ lực lái thanh răng kép – Dual-Pinion EPS
Lắp đặt bộ trợ lực ở bánh răng thứ hai giúp tách biệt bộ phận cảm biến và bộ phận truyền động Tỷ số truyền bánh răng truyền động chính độc lập với tỷ số lái, cho phép tối ưu hóa công suất trợ lực Hệ thống bổ sung này có công suất cao hơn từ 10-15% so với công suất của EPSc hoặc EPSp.
Bộ trợ lực có thể được định vị bằng bánh vít điều chỉnh, quay 360° theo hướng tâm đến thanh răng và trục bánh răng truyền động chính Điều này khiến tay lái khó thích ứng với không gian lắp đặt Tuy nhiên, sự an toàn khi va chạm có thể được cải thiện bằng cách khai thác cẩn thận không gian lắp đặt.
Hình 2.28: Cấu tạo của trợ lực lái thanh răng kép
EPS thanh răng kép, lần đầu tiên được ZF phát triển và áp dụng cho nền tảng Volkswagen Golf V từ năm 2003, đã nhanh chóng được mở rộng sang Passat và nhiều nhà sản xuất khác Hiện nay, loại EPS này đã trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các xe thuộc phân khúc C Tuy nhiên, nó vẫn chưa đủ mạnh để đáp ứng nhu cầu của các loại xe nặng hơn.
Hình 2.29: Volkswagen Golf V 2.2.4 Trợ lực lái điện trục song song – Parallel Axis EPS ( EPSapa )
Hình 2.30: Trợ lực lái điện trục song song – Parallel Axis EPS
Hệ thống lái sử dụng mô tơ điện để tạo ra trợ lực, kết hợp với cơ cấu dây cu roa thời điểm và trục vít bi để chuyển động Trục vít bi chuyển đổi chuyển động quay của mô tơ thành chuyển động của thanh răng, trong khi động cơ truyền động được lắp song song với thanh răng và truyền động hộp số bi tuần hoàn thông qua dây đai có răng Hệ thống này hoạt động êm ái, giúp kết nối thiết bị lái với khung phụ của xe, mang lại cảm giác lái tốt hơn.
Hình 2.31: Cơ cấu bên trong của trợ lực lái điện trục song song
Cơ cấu truyền chuyển động quay sang chuyển động dọc trục sử dụng nhiều ổ bi chạy quanh các rãnh trên trục lái, giúp giảm ma sát xuống mức tối thiểu Khi các bi di chuyển từ một đầu, chúng sẽ tuần hoàn trở lại phía trước qua một rãnh đặc biệt, tương tự như cơ cấu lái bi tuần hoàn thông thường Nhờ vào thiết kế này, hệ thống EPS trục song song mang lại cảm giác lái dễ chịu hơn cho người điều khiển.
Hình 2.32: Cơ cấu bi tuần hoàn của trợ lực lái điện trục song song
Hình 2.33: Cấu tạo của trợ lực lái điện trục song song
Hệ thống lái EPSapa, nổi bật với trục lái song song và hiệu quả cao, có độ ma sát thấp, thường được trang bị cho các dòng xe thể thao và xe tải trọng lớn Đặc biệt, hệ thống này lần đầu tiên được lắp đặt tiêu chuẩn trên mẫu xe BMW 3 vào năm 2017.
THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN PHỤC VỤ GIẢNG DẠY
Thi công mô hình
Trong quá trình kiểm tra mô hình, nhóm chúng em phát hiện nhiều vấn đề cần khắc phục, bao gồm việc thiếu ECU, việc sử dụng giả lập tải bằng cơ khí (con đội) và cần tối ưu hóa các bài học trên mô hình Chúng em đã tiến hành kiểm tra và giải quyết từng vấn đề một cách tuần tự.
3.1.1 Tìm hiểu, lựa chọn ECU trợ lực lái phù hợp
Nhóm đã xác định và tìm kiếm tài liệu để chọn ECU trợ lực lái phù hợp cho xe TOYOTA YARIS 2007 Dựa trên sơ đồ mạch điện của xe này, nhóm tiến hành lắp đặt ECU cho mô hình theo đúng sơ đồ chân cắm và mạch điện đã tham khảo.
Hình 3.1: Sơ đồ chân cắm ECU EPS
Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện EPS của Toyota Yaris 2007
3.1.2 Thiết kế bảng điều khiển, đo kiểm
Dựa vào sơ đồ mạch điện, nhóm đã thiết kế một bảng điều khiển mô hình và tích hợp các chân đo kiểm tín hiệu, nhằm phục vụ cho các bài học trên mô hình dành cho sinh viên.
Hình 3.3: Bản vẽ thiết kế bảng điều khiển của mô hình
Cải tiến mô hình
3.2.1 Đo kiểm xung tốc độ xe
Nhóm chúng em nhận thấy rằng hầu hết các hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô hiện nay sử dụng xung tốc độ Do đó, chúng em đã đưa tín hiệu xung tốc độ vào mô hình như một bài học đo kiểm, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về hình dạng của xung tốc độ và nhận biết sự khác biệt của xung khi tốc độ xe thay đổi.
Tín hiệu tốc độ xe được ECU trợ lực lái nhận diện dưới dạng xung vuông, với tần số xung thay đổi theo tốc độ Khi tốc độ xe tăng, tần số xung cũng tăng nhanh, cho thấy sự tương quan giữa tốc độ và tín hiệu cảm biến.
Hình 3.4: Xung tốc độ xe
Nhóm em đã quyết định sử dụng Arduino để tạo xung vuông giả lập tín hiệu tốc độ xe ở ba dải tốc độ khác nhau: xe đứng yên, tốc độ thấp 30 km/h và tốc độ cao 80 km/h Chúng em đã sử dụng phần mềm Arduino IDE cùng với phần mềm mô phỏng Proteus để lập trình và giả lập tín hiệu tốc độ xe.
Hình 3.5: Mô phỏng tín hiệu tốc độ khi xe đứng yên
Hình 3.6: Mô phỏng tín hiệu tốc độ xe trung bình
Hình 3.7: Mô phỏng tín hiệu tốc độ cao
3.2.2 Màn hình hiển thị LCD
Mô hình được trang bị màn hình LCD hiển thị các chức năng quan trọng, bao gồm trạng thái tốc độ xe với 3 chế độ khác nhau, điện áp đầu vào của cảm biến mô men trước khi xử lý qua Arduino (TRQ Input), điện áp đầu ra của cảm biến mô men sau khi đã được xử lý, và điện áp của bình ắc quy.
Do Arduino chỉ chịu được điện áp đầu vào dưới 5V nên các thông tin hiển thị điện áp được xác điện theo công thức của mạch cầu phân áp:
Hình 3.8: Mạch cầu phân áp
Nhóm chúng em đã chọn điện trở R1 = 10 kΩ và R2 = 3.3 kΩ để thiết kế mạch cầu phân áp, nhằm đưa tín hiệu vào Arduino xử lý và hiển thị điện áp của ắc quy Màn hình LCD được lập trình để hiển thị giá trị điện áp biến thiên theo giá trị thực.
Hình 3.9: Sơ đồ mạch điện đo điện áp accu
Dựa trên mạch cầu phân áp, chúng tôi đã đo điện áp từ cảm biến mô men để phân tích hoạt động của nó trong hai trạng thái: có tải và không tải Kết quả này là cơ sở quan trọng để chuyển đổi tải cơ khí thành tải điện tử.
Hình 3.10: Màn hình hiển thị LCD
3.2.3 Chuyển đổi tải cơ khí thành tải điện tử
Khi thực hiện thao tác đánh lái, cảm biến mô men sẽ phát hiện và truyền tín hiệu đến ECU trợ lực lái để xử lý, từ đó cung cấp dòng điện điều khiển mô tơ trợ lực Tùy thuộc vào các chế độ tải khác nhau, cảm biến mô men sẽ gửi các tín hiệu điện áp khác nhau đến ECU trợ lực lái.
Bảng 3.1: Bảng giá trị điện áp hoạt động của cảm biến mô men trên lí thuyết
Tín hiệu Mô tả Điều kiện kiểm tra Giá trị tiêu chuẩn
TRQ1 Cảm biến mô men
1 Không quay vô lăng (không tải)
2 Quay vô lăng sang phải khi xe đứng yên
3 Quay vô lăng sang trái khi xe đứng yên
TRQ2 Cảm biến mô men
1 Không quay vô lăng (không tải)
2 Quay vô lăng sang phải khi xe đứng yên
3 Quay vô lăng sang trái khi xe đứng yên
Bảng 3.2: Bảng giá trị điện áp hoạt động thực tế của cảm biến mô men khi không tải
Tín hiệu Điều kiện kiểm tra Giá trị
2 1.9 đến 2.0 V khi đang đánh lái, 1.0 đến 1.1 V khi đánh hết lái sang trái
3 2.9 đến 3.0V khi đang đánh lái, 4.0 đến 4.1 V khi đánh hết lái sang phải
2 1.9 đến 2.0 V khi đang đánh lái, 1.0 đến 1.1 V khi đánh hết lái sang trái
3 2.9 đến 3.0V khi đang đánh lái, 4.0 đến 4.1 V khi đánh hết lái sang phải
Bảng 3.3: Bảng giá trị điện áp hoạt động thực tế của cảm biến mô men khi có tải
Dựa trên lý thuyết và tài liệu tham khảo, nhóm chúng em đã lập trình để chuyển đổi tải cơ khí (sử dụng con đội) thành tải điện tử (sử dụng công tắc) Điều này giúp sinh viên thực hành đo kiểm một cách thuận lợi và nhanh chóng hơn.
Tín hiệu Trạng thái Thông số
2 1.8 đến 1.9 V khi đang đánh lái, 0.7 đến 0.8 V khi đánh hết lái sang trái
3 3.1 đến 3.2V khi đang đánh lái, 4.3 đến 4.4 V khi đánh hết lái sang phải
2 1.8 đến 1.9 V khi đang đánh lái, 0.7 đến 0.8 V khi đánh hết lái sang trái
3 3.1 đến 3.2V khi đang đánh lái, 4.3 đến 4.4 V khi đánh hết lái sang phải
Khi thay đổi tải, điện áp từ hai dây tín hiệu TRQ1 và TRQ2 của cảm biến mô men gửi về ECU sẽ thay đổi Nhóm chúng em đã thực hiện thí nghiệm để xác định giá trị điện áp của cảm biến mô men trong điều kiện có tải và không tải Bằng cách sử dụng mạch cầu phân áp, chúng em đã đọc giá trị điện áp và lập trình xử lý tín hiệu tải, chuyển đổi từ tải cơ khí (con đội) thành tải điện tử (công tắc) Điều này giúp sinh viên thuận tiện hơn trong quá trình đo kiểm thực nghiệm khi tham gia học tập tại mô hình.
Hình 3.11: Điện áp hoạt động của cảm biến mô men
Hình 3.12: Mạch cầu phân áp đo điện áp của cảm biến mô men
Hình 3.13: Tín hiệu TRQ1 và TRQ2 khi đánh lái sang trái không tải
Khi công tắc ở chế độ không tải (OFF), tín hiệu được truyền trực tiếp Khi chuyển sang chế độ ON, tín hiệu TRQ1 và TRQ2 sẽ được Arduino xử lý để điều chỉnh điện áp, đạt giá trị từ 0.7 đến 0.8 V trong các thí nghiệm có tải.
Hình 3.14: Tín hiệu TRQ1 và TRQ2 khi đánh lái sang trái có tải
Khi đánh lái sang phải với công tắc OFF, điện áp cảm biến nằm trong khoảng 4.0 đến 4.1V Khi chuyển công tắc sang vị trí ON, Arduino sẽ xử lý tín hiệu điện áp và nâng mức điện áp lên từ 4.3 đến 4.4V.
Hình 3.15: Tín hiệu TRQ1 và TRQ2 khi đánh lái sang phải không tải
Hình 3.16: Tín hiệu TRQ1 và TRQ2 khi đánh lái sang phải có tải
Code giả lập tốc độ, hiển thị LCD và giả lập tín hiệu tải
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,4); unsigned int kqADC0, kqADC1, kqADC2; unsigned char dienap,in,out,xuat; void ht_dienap(unsigned int thamso)
{ unsigned char tram, chuc, donvi; tram = thamso/100%10; chuc = thamso/10%10; donvi = thamso%10; lcd.print(tram); lcd.print(chuc); lcd.print('.'); lcd.print(donvi); lcd.print(" V");
{ pinMode(A3,INPUT); pinMode(5,OUTPUT); pinMode(6,OUTPUT); pinMode(8,OUTPUT); lcd.begin(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("WELCOME TO EPS MODEL"); delay(1000); lcd.clear();
47 kqADC0=analogRead(A0); in = map(kqADC0,0,1023,0,214); digitalWrite(A3, HIGH); if(digitalRead(A3) == LOW)
{ out = map(in,0,202,-4,235); xuat = map(in,0,202,-24,1220);
{ out = in; xuat = map(in,0,202,0,1060);
The code snippet initializes output on pins 5 and 6 using the `analogWrite` function, while displaying "TRQ INPUT:" and the input voltage on an LCD screen It then reads the analog input from pin A1, maps the value to a voltage range, and displays "DIEN AP ACCU:" along with the calculated voltage on the LCD Additionally, it reads another analog input from pin A2 and checks if the value is below 341.
{ lcd.setCursor(1,0); lcd.print(" XE DUNG YEN ");
Mô phỏng bằng phần mềm
{ lcd.setCursor(1,0); lcd.print("TOC DO TB 30km/h "); digitalWrite(8, HIGH); delay(50); digitalWrite(8, LOW); delay(50);
{ lcd.setCursor(1,0); lcd.print("TOC DO CAO 80km/h "); digitalWrite(8, HIGH); delay(10); digitalWrite(8, LOW); delay(10);
3.3 Mô phỏng bằng phần mềm
3.3.1 Mô phỏng tín hiệu tốc độ
Sau khi đã lập trình, nhóm chúng em đã sử dụng phầm mềm Proteus để mô phỏng lại xung tốc độ:
Hình 3.17: Xung tốc độ khi xe đứng yên
Khi xe đứng yên xung tốc độ là một đường thẳng
Khi xe di chuyển, xung tốc độ được tạo ra và đưa vào ECU là xung vuông với biên dạng xung khác nhau ở các tốc độ khác nhau
Hình 3.18: Xung tốc độ khi xe ở tốc độ trung bình
Hình 3.19: Xung tốc độ khi xe ở tốc độ cao
Khi xe di chuyển với tốc độ cao, biên dạng xung tốc độ trở nên ngắn hơn so với khi xe ở tốc độ thấp Điều này có nghĩa là, khi tốc độ tăng, chu kỳ xung sẽ giảm xuống.
Nhóm chúng em đã sử dụng phần mềm SolidWorks để mô phỏng mô hình thực tế, đảm bảo kích thước khung mô hình chính xác Việc này giúp thuận tiện cho quá trình kiểm tra, thi công và thiết kế các chi tiết khác trên mô hình.
Hình 3.20: Kích thước tổng quan của mô hình
Hình 3.21: Mô phỏng mô hình thực tế
1 - Thước lái; 2 - Mô tơ; 3 - Cảm biến mô men; 4 - Trục lái; 5 – Giảm xóc; 6 – Bánh xe; 7 – Tủ điện điều khiển; 8 – Vô lăng
Phục hồi mô hình
Quy trình phục hồi mô hình:
− Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ
− Bước 2: Tháo rã các chi tiết trên mô hình
− Bước 3: Làm nhẵn bóng bề mặt các chi tiết và sơn
− Bước 4: Lắp đặt mô hình sau khi sơn và kiểm tra trước khi hoàn tất
Quy trình chi tiết từng bước được thực hiện như sau:
− Dụng cụ tháo lắp mô hình: cờ lơ, tua vít, cảo rô tuyn,…
− Dụng cụ thực hiện: máy đánh cước, sơn, dụng cụ sơn,…
− Nhóm đã chọn sơn bông xanh có code màu là IT 8815 để sơn lại khung mô hình
3.4.2 Tháo rã các chi tiết trên mô hình
Quy trình tháo rã các chi tiết:
− Ngắt nguồn ắc quy, tháo rời ắc quy, tháo rời mạch điện, ECU, bảng điều khiển
− Tháo bánh xe, cụm phanh, má phanh, đĩa phanh
− Tháo thước lái, bệ thước lái
− Rửa dọn chuẩn bị cho công tác xử lý bề mặt trước khi sơn
Hình 3.22: Các chi tiết sau khi tháo rã
Sau khi xử lý bề mặt các chi tiết nhẵn bóng, cần che phủ các chi tiết có màu khác và tiến hành sơn lại Quá trình sơn được thực hiện trong phòng sơn để đảm bảo không có bụi bẩn bám vào.
Hình 3.23: Các chi tiết sau khi xử lý bề mặt và sơn
3.3.4 Lắp đặt mô hình sau sơn
Sau khi sơn xong các chi tiết và để chúng khô, tiến hành lắp đặt lại mô hình theo quy trình ngược lại với tháo rời Trước khi hoàn thiện mô hình, cần kiểm tra kỹ lưỡng toàn bộ các phần đã lắp đặt.
Hình 3.24: Mô hình sau khi phục hồi
CÁC BÀI TẬP TRÊN MÔ HÌNH
Kiểm tra các chi tiết trên mô hình
• Quan sát bề mặt vô lăng
• Quay vô lăng, độ rơ của vô lăng không vượt quá 10˚
• Sử dụng lực kế đo lực tác dụng lên vô lăng, giá trị phải nằm trong khoảng từ 15 – 25N khi có trợ lực
− Các hư hỏng thường gặp:
• Vô lăng bị nứt gãy, biến dạng
• Vô lăng bị rơ vượt quá giá trị cho phép
• Vô lăng bị mất trợ lực
− Cách khắc phục: thay thế vô lăng, kiểm tra lại hệ thống trợ lực
− Triệu chứng hư hỏng: khi đánh lái có tiếng kêu, độ rơ vô lăng lớn
• Quan sát cao su chắn bụi có bị rách không
• Quan sát rô tuyn có bị biến dạng, nứt, gãy không
• Lắc bánh xe theo phương ngang, nếu rô tuyn bị mòn hoặc hư hỏng, bánh xe sẽ có độ rơ theo phương ngang
− Các hư hỏng thường gặp:
• Rách cao su chắn bụi
• Biến dạng,bó kẹt, gãy, nứt rô tuyn
• Rô tuyn bị rơ, lỏng
Hình 4.1: Rô tuyn lái bị hư hỏng
− Cách khắc phục: thay thế rô tuyn
− Triệu chứng hư hỏng: khi đánh lái phát ra tiếng kêu, khó đánh lái, kiểm tra rô tuyn không hư hỏng
• Quan sát cao su chắn bụi thước lái có bị rách không
Để kiểm tra độ rơ của bánh xe, hãy đặt bánh xe ở vị trí trung tâm và lắc bánh theo phương ngang Nếu xác định rô tuyn không hư hỏng nhưng bánh xe vẫn có độ rơ, có khả năng thước lái bị hư hỏng Khi quay vô lăng sang một bên (trái hoặc phải) và lắc bánh xe không còn độ rơ, điều này xác nhận rằng thước lái đã bị hư hỏng.
• Tháo thanh răng kiểm tra độ đảo bằng đồng hồ so Độ đảo phải nằm trong giá trị cho phép Độ đảo cực đại 3mm
Hình 4.2: Kiểm tra độ đảo thanh răng
− Các hư hỏng thường gặp:
• Rách cao su chắn bụi
• Cong, vênh, mòn thanh răng
− Cách khắc phục: thay thế
Đo kiểm trên mô hình
− Dụng cụ kiểm tra: đồng hồ VOM, bảng giá trị tiêu chuẩn
Sử dụng đồng hồ VOM để kiểm tra điện áp và điện trở là một phương pháp hiệu quả Giá trị điện áp cần phải nằm trong khoảng cho phép theo bảng giá trị tiêu chuẩn.
4.2.1 Kiểm tra cảm biến mô men
− Cảm biến mô men có 4 chân: TRQV, TRQ1, TRQ2, TRQG trong đó:
• TRQV: nguồn cấp cho cảm biến 7.5 – 8.5 V
• TRQ1: tín hiệu thứ nhất của cảm biến
• TRQ2: tín hiệu thứ hai của cảm biến
• TRQG: nối mass của cảm biến.
Bảng 4.1: Bảng giá trị tiêu chuẩn của cảm biến mô men
Ký hiệu chân Tình trạng cảm biến Điện áp tiêu chuẩn
TRQV - TRQG Mở công tắc máy ON 7,5 – 8,5 V
Công tắc máy ON, không đánh lái 2,3 – 2,7 V
4.2.2 Kiểm tra điện áp chân ECU trợ lực lái
Bảng 4.2: Bảng giá trị tiêu chuẩn của chân ECU trợ lực lái
Ký hiệu (số) Mô tả ký hiệu chân Tình trạng Điều kiện tiêu chuẩn
PIG - PGND Cầu chì EPS Thường trực 11 – 14V
PGND – Mass thân xe Mass thân xe Thường trực < 1 Ohms
M1 - PGND Mô tơ trợ lực IG/SW on, đánh lái sang trái
M2 - PGND Mô tơ trợ lực IG/SW on, đánh lái sang phải
CANH - CANL Mạng CAN IG/SW tắt
IG - PGND Cầu chì IG ECU IG/SW on 11 – 14 V
TS - PGND DLC3 IG/SW on 11 – 14 V
TRQ1 - PGND Cảm biến mô men
IG/SW on, đánh lái sang trái và phải 0,3 – 4,7 V TRQ2 – PGND Cảm biến mô men
IG/SW on, đánh lái sang trái và phải 0,3 – 4,7 V
TRQV - PGND Cảm biến mô men IG/SW on 7,5 – 8,5 V
TRQG - PGND Cảm biến mô men Thường trực < 1 Ohms SIL - PGND DLC3
SPD - PGND Tín hiệu tốc độ xe IG/SW on Dùng máy đo xung
Hiệu chỉnh góc lái (hiệu chỉnh điểm “0” của cảm biến mô men)
Hiệu chỉnh điểm “0” của cảm biến mômen không phải lúc nào chúng ta cũng thực hiện, mà chỉ thực hiện hiện hiệu chỉnh điểm “0” khi:
• Thay mới cụm thước lái hoặc trục lái có chứa cảm biến mô men
• Thay mới ECU điều khiển hệ thống lái EPS
• Thay mới vô lăng lái
• Thay mới cơ cấu lái
• Có sự sai khác về lực giữa lực đánh lái sang trái và phải
4.3.1 Hiệu chỉnh điểm “0” với thiết bị chẩn đoán (Intelligant tester):
Khi khởi tạo điểm "0" và thực hiện hiệu chỉnh, cần đảm bảo vô lăng lái ở vị trí trung tâm và bánh xe dẫn hướng thẳng về phía trước Trong suốt quá trình hiệu chỉnh, không được chạm vào vô lăng.
• Kết nối thiết bị kiểm tra với giắc chẩn đoán DLC3
• Mở công tắc máy và thiết bị kiểm tra
• Khởi tạo điểm “0” và thực hiện chỉnh điểm “0” thao tác theo hướng dẫn trên màn hình của thiết bị chẩn đoán
• Xác định mã tín hiệu ngõ ra của thiết bị chẩn đoán nếu không có báo mã hư hỏng thì quá trình được hoàn thành
• Nếu thiết bị chẩn đoán có báo một trong những mã chẩn đoán, thì quá trình khởi tạo chưa được thực hiện
Bảng 4.3: Bảng mã lỗi khi khởi tạo và hiệu chỉnh điểm “0”
TT Mã lỗi Điều kiện được phát hiện Vùng bị sự cố
1 C1515/15 Điểm “0” chưa được khởi tạo
- Hiệu chỉnh lại điểm “0” của cảm biến mô men
- Cụm trục lái và cảm biến mô men
2 C1516/16 Hiệu chỉnh điểm “0” chưa hoàn thành
- Quá trình hiệu chỉnh điểm “0” của cảm biến mô men thất bại
- Cụm trục lái và cảm biến mô men
Mạch điện EPS ECU có sự cố
ECU trợ lực lái có sự cố
7 C1535/35 Vô lăng lái lỗi vị trí
4.3.2 Hiệu chỉnh điểm “0” khi không có máy chẩn đoán
Khi khởi tạo điểm “0” và thực hiện hiệu chỉnh, cần đảm bảo vô lăng lái ở vị trí trung tâm và bánh xe dẫn hướng thẳng về phía trước Trong suốt quá trình hiệu chỉnh, không được chạm vào vô lăng.
− Các bước thực hiện như sau
• Xe đứng yên và công tắc máy ngắt
• Sử dụng SST (đoạn dây dẫn điện) kết nối giắc TS và CG trong giắc DLC3
• Sử dụng SST kết nối giắc TC và CG trong giắc DLC3
• Ngắt kết nối và kết nối lại chân TC tại giắc DLC3 từ 20 lần trở lên trong vòng
• Kiểm tra lại mã lỗi C1515/15: Nếu có xuất hiện thì quá trình khởi tạo điểm
• Nếu không có mã lỗi C1515/15 thì quá trình hoàn tất
Hình 4.3: Sơ đồ chân giắc chẩn đoán
Trước khi hiệu chỉnh ta kiểm tra xem bất kỳ mã chẩn đoán nào có thể xảy ra ngoại trừ mã chẩn đoán C1515/15
− Các bước thực hiện như sau:
• Xe đứng yên và công tắc máy ngắt
• Sử dụng SST kết nối giắc TS và CG trong giắc DLC3, đồng thời mở công tắc máy
• Chờ sau 7 giây đèn P/S sáng nhấp nháy với tần số 4Hz (theo chu kỳ 0,25 giây, tức đèn P/S sáng 0,125 giây và tắc 0,125 giây)
• Ngắt kết nối TS và CG
• Kiểm tra xác định lại mã lỗi: C1515/15; C1516/16; C1531/31; C1532/32; C1533/33; C1534/34; C1535/35.
Chẩn đoán
− Dụng cụ cần thiết: máy chẩn đoán
− Phương pháp kiểm tra: kết nối máy chẩn đoán, chẩn đoán và tra kết quả với bảng mã lỗi
Hình 4.5: Sơ đồ chân và giá trị điện áp các chân của giắc chẩn đoán
Bảng 4.4: Bảng mã lỗi chẩn đoán
Mã lỗi Thiết bị lỗi Vùng hư hỏng
C1511 Cảm biến mô men - Bộ cảm biến
C1512 Mạch điện cảm biến mô men - Bộ cảm biến
C1513 Mạch điện cảm biến mô men - Bộ cảm biến
C1514 Mạch nguồn cảm biến mô men - Bộ cảm biến
C1515 Điểm 0 chưa được khởi tạo
- Hiệu chỉnh lại điểm 0 của cảm biến mô men
- Cụm trục lái và cb mô men
C1516 Hiệu chỉnh điểm 0 chưa hoàn thành
- Quá trình hiệu chỉnh điểm 0 của cảm biến mô men thất bại
- Cụm trục lái và cb mô men
C1517 Cảm biến mô men - Bộ cảm biến
C1524 Mô tơ trợ lực - Bộ cảm biến, mô tơ
Mạch điện EPS trợ lực lái có sự cố
C1535 Vô lăng lái lỗi vị trí
Tạo lỗi hệ thống
Hệ thống lái trợ lực điện không chỉ gặp phải các hư hỏng cơ khí thông thường mà còn có thể xảy ra hư hỏng ở phần điều khiển và tín hiệu Nhóm chúng tôi đã mở rộng mô hình hệ thống tạo lỗi bằng cách bỏ qua các hư hỏng cơ khí và tập trung vào việc tạo lỗi trong hệ thống điều khiển.
Hệ thống lái trợ lực điện sử dụng cảm biến mô men với 4 dây, tương ứng với 4 lỗi khác nhau Sinh viên có thể thực hiện đo kiểm và khắc phục các lỗi này để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hình 4.6: Hệ thống tạo lỗi trong mô hình
Khi xảy ra lỗi tín hiệu nguồn dương cho cảm biến TRQV do tắt công tắc, cảm biến sẽ ngừng hoạt động hoàn toàn, tương tự như trường hợp đứt dây trong thực tế, dẫn đến việc mất tất cả các tín hiệu còn lại Điều này gây ra tình trạng mất tính năng trợ lực lái.
• Đo kiểm: tất cả các dây TRQV, TRQ1, TRQ2 khi đo áp so với dây TRQG đều cho kết quả 0V
• Cách khắc phục: bật lại công tắc TRQV và khởi động lại mô hình
- Tín hiệu TRQ1 và TRQ2
Khi tạo lỗi vào tín hiệu TRQ1 và TRQ2 bằng cách tắt công tắc, mô hình sẽ tương tự như trường hợp đứt dây thực tế, dẫn đến việc mất tính năng trợ lực.
• Đo kiểm: đo điện áp giữa dây TRQV và TRQG có điện áp 8V, khi đo TRQ1 hoặc TRQ2 so với TRQG cho ra kết quả 0V
• Cách khắc phục: bật lại công tắc TRQ1 hoặc TRQ2 và khởi động lại mô hình
Khi xảy ra lỗi tín hiệu nguồn dương cho cảm biến TRQG do tắt công tắc, cảm biến sẽ ngừng hoạt động hoàn toàn, tương tự như tình huống đứt dây trong thực tế Hệ thống sẽ mất tính năng trợ lực lái, ảnh hưởng đến khả năng điều khiển của xe.
Trong quá trình đo kiểm, tất cả các dây TRQV, TRQ1, TRQ2 khi đo áp so với dây TRQG đều cho kết quả 0V Tuy nhiên, khi thực hiện đo với cực âm của ắc quy, tín hiệu TRQV ghi nhận là 8V.
• Cách khắc phục: bật lại công tắc TRQG và khởi động lại mô hình