Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Vai trò nhiệm vụ của hệ thống lái

Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng được trang bị trên ô tô. Theo thời gian, hệ thống lái không ngừng cải tiến và phát triển giúp người lái điều khiển ô tô dễ dàng hơn.

Hệ thống lái trên ô tô có những chức năng cơ bản như sau:

− Điều khiển bánh xe dẫn hướng chính xác.

− Duy trì lực đánh lái phù hợp.

− Truyền được cảm giác từ mặt đường đến người lái.

− Hấp thụ phần lớn lực tác động lên vô lăng.

− Đảm bảo hoạt động của hệ thống treo.

Cấu tạo chung của hệ thống lái

Hình 2 1 Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái

Hình 2 2 Hình dạng cơ bản của vô lăng

Vành tay lái (hay vô lăng) là bộ phận có chức năng tiếp nhận sự điều khiển của người lái, nhận mô-men quay từ người lái truyền đến trục lái Từ vô lăng, người lái có thể điều khiển bánh xe chuyển hướng theo ý muốn.

Cấu tạo của vô lăng trên các dòng xe tương đối giống nhau, đều là một vành tròn và có các thanh liên kết được bố trí quanh vành trong của vành lái, được làm từ chất liệu kim loại, bên ngoài bao bọc bằng vật liệu nhựa hoặc da Trên vô lăng được bố trí các nút tính năng trên ô tô nhằm tạo sự thuận tiện thao tác nhanh trong cho người lái Ngoài ra, trên vô lăng còn là nơi trang bị đặt túi khí an toàn giúp giảm thiểu tối đa trấn thương cho người điều khiển khi xe va chạm mạnh.

Trục lái là bộ phận có nhiệm vụ truyền mô-men quay từ vành tay lái xuống cơ cấu lái để điều khiển bánh xe dẫn hướng.

Cấu tạo của trục lái thường bao gồm trục chính, khớp nối, bánh răng và chốt.Trục lái chính là phần trung tâm của trục lái, được kết nối với bánh lái thông qua khớp nối Ống xoắn được gắn vào đầu trục lái và có chức năng giảm thiểu sự rung động và lực xoắn từ mặt đường và bánh xe truyền đến vô lăng Trên trục lái còn được lắp đặt nhiều bộ phận khác của ô tô như là: Cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển hệ thống gạt nước, cơ cấu nghiên tay lái, cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu trượt tay lái, cơ cấu khóa tay lái,… Các cơ cấu này được bố trí trên trục lái nhằm mục đích giúp cho người điều khiển thuận tiện thực hiện các thao táo chức năng cho người lái.

Hình 2 3 Cấu trúc của trục lái

Cơ cấu lái là cơ cấu dùng các bộ phận truyền động bánh răng, trục vít, đai ốc, để chuyển đổi mô-men lái và hướng quay từ vô lăng, truyền tới các bánh xe thông qua hệ thanh đòn dẫn động lái làm xe quay vòng.

Các bánh răng của cơ cấu lái không những chỉ lái các bánh xe mà còn tác dụng như các bánh răng giảm tốc, chúng giảm lực đánh lái bằng cách tăng mô-men đầu ra Tỷ sô giảm tốc được gọi là tỉ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18-20:1.

Tỷ số lớn hơn sẽ giảm được lực đánh lái nhưng sẽ phải quay vô lăng nhiều hơn khi vào cua Có nhiều kiểu cơ cấu lái nhưng được sử dụng dùng phổ biến trên các xe hiện nay là cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng và kiểu bi tuần hoàn.

Hình 2 4 Cơ cấu lái kiểu trục vít – thanh răng

Hình 2 5 Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn

Cơ cấu dẫn động lái là sự kết hợp của các thanh và các đòn để truyền chuyển động của cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng Các thanh dẫn động lái phải truyền chính xác chuyển động của vô lăng đến các bánh khi xe đang chạy Để thực hiện đánh lái điều khiển bánh xe dẫn hướng, thì có nhiều kiểu bố trí thanh dẫn động lái và các kiểu khớp nối Độ chính xác liên kết có ảnh hưởng đến tính ổn định khi chuyển động.

Các chi tiết của cơ cấu dẫn động lái: đòn quay, thanh ngang, thanh lái, đầu thanh lái, đòn cam quay, cam quay, đòn đỡ, thanh kéo, giảm chấn lái.

Hình 2 6 Cơ cấu dẫn động lái cho hệ thống treo trước độc lập

Hình 2 7 Cơ cấu dẫn động lái cho hệ thống treo trước phụ thuộc

Sự cần thiết của trợ lực lái

Trợ lực trong hệ thống lái đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sự hỗ trợ giúp đỡ cho người điều khiển xe dễ dàng, thuận tiện và an toàn Các lý do cần có sự trợ giúp của trợ lực trong hệ thống lái trên ô tô:

Giảm sức nặng: trợ lực lái trên ô tô giúp giảm sức nặng mà người lái cần sự dụng để quay vô lăng đánh lái, giúp cho việc đánh lái điều khiển xe dễ dàng hơn và giảm mệt mỏi trong quá trình lái Đặc biệt, khi phải lái xe trên đường trong một khoảng thời gian dài.

Tăng tính chính xác, an toàn, nhanh chóng và ổn định: trợ lực đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi lái xe, khi gặp tình huống khẩn cấp hoặc tránh va chạm cần phải phản ứng nhanh, đảm bảo cho người lái có thể kiểm soát xe một cách dễ dàng và linh hoạt trong mọi điều kiện đường và thời tiết.

Cải thiện trải nghiệm lái xe: trợ lực lái giúp người lái điều khiển xe nhẹ nhàng, êm dịu và mượt mà, giúp đem lại sự thuận tiện, thoải mái khi lái xe Từ đó đem lại trải nghiệm lái tốt hơn và giảm sự căng thẳng mệt mỏi khi lái, người lái tập trung hơn trong việc quan sát đường.

Tích hợp các tính năng công nghệ hiện đại: trợ lực lái điện là cơ sở để ứng dụng, nghiên cứu và phát triển cho các tính năng công nghệ hiện đại ngày nay như là hệ thống hỗ trợ đỗ xe, hệ thống kiểm soát làn đường,… Đặc biệt là hệ thống lái tự động.

Tóm lại, trợ lực trong hệ thống lái là một thành phần cần thiết trong các phương tiện hiện đại Nó giúp giảm sức nặng khi lái, tăng đáp ứng và ổn định, đảm bảo an toàn và trợ lực lái còn là cơ sở để nghiên cứu và phát triển tích hợp các công nghệ Nhờ vào trợ lực, người lái có thể điều khiển xe một cách dễ dàng, nhẹ nhàng, mượt mà, êm ái và an toàn trong mọi tình hướng khi lái xe.

Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) là một công nghệ phổ biến trên các xe ô tô hiện đại, thay thế hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS) truyền thống Hệ thống EPS được thiết kế nhằm cung cấp lực hỗ trợ lái cho người lái trong quá trình điều khiển xe.

Hình 2 8 Hệ thống lái trợ lực điện EPS

EPS sử dụng một động cơ điện nhẹ để tạo ra lực hỗ trợ khi đánh lái Điện năng từ động cơ được truyền đến hệ thống lái và tạo ra lực đối lưu, giúp giảm đáng kể sức cản khi lái và tạo cảm giác lái nhẹ nhàng hơn Hơn nữa, EPS có khả năng điều chỉnh tốc độ và mức độ trợ lực dựa trên tốc độ và góc quay của bánh xe, tạo ra trải nghiệm lái linh hoạt và tùy chỉnh cho người lái.

Một trong những lợi ích quan trọng của EPS là khả năng tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ nhiên liệu Vì không sử dụng bơm thủy lực và chất lỏng dầu như trong hệ thống HPS, EPS giảm được lượng công suất cần thiết từ động cơ xe và giúp tiết kiệm năng lượng Điều này có ý nghĩa lớn trong việc cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm.

Ngoài ra, EPS còn mang đến các lợi ích khác như đơn giản hóa cấu trúc và dễ dàng sửa chữa khi hỏng EPS không yêu cầu các bộ phận phức tạp như bình chứa dầu và bơm dầu của HPS, giúp giảm trọng lượng tổng thể của xe và đơn giản hóa quy trình bảo dưỡng và sửa chữa.

Hệ thống lái trợ lực điện cũng có khả năng tích hợp các tính năng công nghệ bổ sung để nâng cao an toàn và trải nghiệm lái Ví dụ, EPS có thể kết hợp với hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System) và hệ thống kiểm soát điện tử ESC(Electronic Stability Control), giúp cải thiện khả năng kiểm soát và ổn định của xe trong các tình huống khẩn cấp hoặc trên địa hình khó khăn.

Các bộ phận chính trên hệ thống lái trợ lực điện

- Phương pháp thu thập thông tin.

- Phương pháp tiếp cận thông tin.

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu.

- Phương pháp dịch thuật tài liệu.

- Phương pháp phân tích tổng hợp. Đối tượng nghiên cứu

- Tài liệu giảng dạy chuyên ngành ô tô.

- Tạp chí, bài báo chuyên ngành.

- Tài liệu tham khảo, các bài nghiên cứu của các trang Web, nhà sản xuất trên Internet.

- Một số hệ thống lái trợ lực điện phổ biến.

- Một số tính năng công nghệ ứng dụng từ hệ thống.

Sơ lược về hệ thống lái

2.1.1 Vai trò nhiệm vụ của hệ thống lái

2.1.2 Cấu tạo chung của hệ thống lái

2.1.3 Sự cần thiết của trợ lực lái

Phân loại hệ thống lái trợ lực điện

Động cơ trợ lực lái có thể được tích hợp và đặt ở các vị trí khác nhau trong hệ thống EPS, tùy thuộc vào thiết kế và cách bố trí của xe Các loại hệ thống EPS phổ biến nhất là hỗ trợ cột (C-EPS – Column EPS), hỗ trợ bánh răng (P-EPS –Pinion EPS) và hỗ trợ thanh răng (thước lái) (R-EPS – Rack EPS) Hệ thống C-EPS đặt động cơ trên trụ lái, hệ thống P-EPS đặt động cơ trên bánh răng lái và hệ thốngR-EPS đặt động cơ trên thanh răng Mỗi loại hệ thống đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, chẳng hạn như phân bổ trọng lượng, không gian đóng gói, cảm giác lái và chi phí Một số loại hệ thống EPS mới hơn cũng đang nổi lên, chẳng hạn như hệ thống truyền động bằng dây đai (B-EPS – Belt EPS) và hệ thống bánh răng kép (DP-EPS – Dual Pinion EPS), mang lại sự linh hoạt và khả năng mở rộng hơn cho các kiểu xe và phân khúc xe khác nhau.

Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện

Ưu điểm vượt trội của hệ thống trợ lực lái điện EPS chính là khả năng cung cấp sự hỗ trợ cho người lái tùy theo điều kiện vận hành Nhờ kết nối với cảm biến tốc độ và cảm biến góc đánh lái mà EPS ECU có thể tính toán chính xác để điều chỉnh lực hỗ trợ vô lăng sao cho phù hợp nhất. Độ nhạy và linh hoạt: Hệ thống EPS có thể được điều chỉnh để cung cấp độ nhạy và phản hồi tốt, giúp người lái dễ dàng và chính xác điều khiển xe Người lái có thể cảm nhận được phản hồi từ hệ thống lái thông qua lực hỗ trợ vô lăng.

Tiếng ồn và rung động thấp: So với hệ thống lái trợ lực thủy lực truyền thống, EPS có khả năng giảm tiếng ồn và rung động Điều này cải thiện trải nghiệm lái xe và giảm sự mệt mỏi cho người lái.

Tiết kiệm năng lượng: So với hệ thống lái trợ lực thủy lực, EPS tiêu thụ ít năng lượng hơn, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.

Tiết kiệm không gian: Hệ thống EPS thường có kích thước nhỏ gọn hơn so với hệ thống lái thủy lực, giúp tiết kiệm không gian trong khoang động cơ Điều này rất quan trọng trong thiết kế xe hơi hiện đại với không gian hạn chế.

Tích hợp các chức năng thông minh: Hệ thống EPS có khả năng tích hợp các chức năng thông minh như hỗ trợ giữ làn đường, hỗ trợ đỗ xe tự động, cảnh báo va chạm và điều khiển tốc độ hành trình Điều này giúp cải thiện khả năng an toàn và tiện ích của xe hơi.

Kiểm soát và ổn định tốt hơn: EPS có khả năng cung cấp kiểm soát và ổn định tốt hơn trong các tình huống lái xe khó khăn như khi đối mặt với đường trơn,lực cản lớn hay điều kiện thời tiết xấu.

CÁC HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN PHỔ

Hệ thống lái loại hỗ trợ cột lái (Column EPS)

Hệ thống lái trợ lực cột lái có lịch sử lâu đời, nó hỗ trợ chuyển động lái của người lái bằng động cơ điện được lắp ở cột lái và dẫn động trục lái trực tiếp Động cơ điện đặt bên trong bảng điều khiển, nên không phải chịu nước và nhiệt độ khắc nghiệt Hệ thống lái trợ lực cột lái (C-EPS) được sử dụng rộng rãi ở nhiều hãng xe hiện nay: Toyota, Hynnhdai, Kia, Mazda, bởi vì kết cấu đơn giản và giá thành rẻ.

Hình 3 1 Hệ thống lái trợ lực điện loại hỗ trợ cột

Cấu tạo của hệ thống trợ lực lái loại hỗ trợ cột

Các bộ phận cấu thành chính của hệ thống lái trợ lực điện là:

Cơ cấu lái bằng tay: Bao gồm vô lăng, trục lái, trục trung gian, thanh xoắn, trục các đăng, cơ cấu lái, thanh liên kết lái.

Cơ cấu trợ lực điện: Bao gồm bộ điều khiển EPS được tích hợp ở trục lái, cảm biến mô-men xoắn, hộp số giảm tốc và động cơ điện EPS.

Hệ thống điều khiển: Bộ điều khiển điện tử cột lái điều khiển hoạt động trợ lực hỗ trợ cho người lái dựa vào tín hiệu từ cảm biến mô-men xoắn, tín hiệu tốc độ xe, hộp số giảm tốc,…

Hình 3 2 Vị trí các bộ phận trên cột lái

Nguyên lý hoạt động của hệ thống C-EPS

Nguyên lý điều khiển hoạt động hỗ trợ lái:

Khi người lái bắt đầu xoay vô lăng, thanh xoắn được quay cùng một lúc. Cảm biến mô-men lái quay cùng với thanh xoắn, cung cấp tín hiệu cho bộ điều khiển cho biết độ lớn và hướng quay của mô-men xoắn tác động lên vô lăng. Đồng thời cảm biến tốc độ ô tô và cảm biến góc đánh lái cũng gửi tín hiệu đến ECU trợ lực lái Tùy thuộc vào từng tốc độ ô tô (nhanh, chậm) và góc đánh lái (nặng, nhẹ) mà cần lực hỗ trợ khác nhau.

ECU EPS nhận thông tin từ các cảm biến, sau đó xử lý rồi từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển tới motor điện Tín hiệu điều khiển là cường độ dòng điện cung cấp cho motor điện để thực hiện việc trợ lực.

Motor điện được điều khiển lực hỗ trợ bằng ECU EPS, motor hỗ trợ lực quay vòng của trục lái thông qua cơ cấu giảm tốc.

Trục lái được nối và truyền mô-men đến trục lái trung gian Trục lái trung gian có các khớp các đăng để đảm bảo mô-men quay khi thay đổi vị trí của trục lái và vô lăng.

Trục lái trung gian truyền mô-men đến cơ cấu lái Ở cơ cấu lái chuyển động quay của bánh răng được biến đổi thành chuyển động ngang của thanh răng.

Chuyển động ngang của thanh răng được dẫn đến các bánh xe dẫn hướng nhờ dẫn động lái Bánh dẫn hướng sẽ quay sang bên trái hay bên phải tùy theo hướng mong muốn của người lái với lực hỗ trợ được EPS ECU tính toán để điều khiển motor điện.

Nếu người lái tăng mô-men tác dụng lên vô lăng, động cơ điện sẽ tăng hỗ trợ mô-men xoắn Điều này cho phép người lái xoay vô lăng một cách dễ dàng.

Nếu người lái giảm mô-men xoắn tác dụng lên vô lăng, lực xoắn của thanh xoắn sẽ giảm Do đó, cảm biến mô-men lái cung cấp tín hiệu thấp hơn cho thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển giảm hỗ trợ mô-men xoắn bằng cách kích hoạt động cơ điện. Điều khiển trả lái:

Khi di chuyển qua những khúc cua hoặc quay đầu trên đường người lái thường đánh vô lăng hết sang một bên, sau đó người lái giảm tác dụng lực lên vô lăng, hệ thống kích hoạt motor điện hỗ trợ lực để đưa các bánh xe về vị trí trung tâm(vị trí chuyển động thẳng của vô lăng).

Hình 3 4 Nguyên lý hồi vị tay lái của hệ thống C-EPS

Một số trường hợp hoạt động của hệ thống khi gặp sự cố:

❖ Trường hợp không trợ lực

− Hỏng cảm biến mô-men xoắn.

− Motor bị ngắn mạch (bao gồm cả sự cố của hệ thống dẫn động).

− Hư hỏng ECU trợ lực lái.

❖ Trường hợp hạn chế trợ lực

− Nhiệt độ cao trong EPS ECU.

− Hư hỏng của cảm biến nhiệt độ bên trong bộ điều khiển EPS ECU.

− Sự cố tín hiệu vận tốc xe và tốc độ động cơ.

❖ Trường hợp tạm dừng trợ lực

− Sự cố về nguồn điện Trợ lực trở lại sau khi nguồn điện hoạt động bình thường.

Cấu tạo và hoạt động của các bộ phận chính

3.1.3.1 Cảm biến mô-men xoắn và cảm biến góc lái

Cảm biến vị trí lái và cảm biến mô-men lái được đặt trong vỏ Vỏ cảm biến được gắn trên trục lái phía trên bánh vít.

Hình 3 5 Cấu tạo của phần vỏ cảm biến

Cảm biến vị trí lái: Được kết nối với trục lái, nó ghi nhận vị trí hiện tại của vô lăng.

Cảm biến mô-men lái: Được kết nối với thanh xoắn Nó ghi nhận góc quay của thanh xoắn so với trục trung gian Bộ điều khiển tính toán mô-men xoắn từ tính hiệu này Nếu mô-men xoắn được tính toán vượt quá giá trị 0,01 Nm, bộ điều khiển cho rằng cần có hỗ trợ lái.

Cảm biến góc lái và cảm biến mô-men là 2 cảm biến chiết áp tiếp xúc trượt, sử dụng tiếp điểm trượt chạy trên điện trở, giống như biến trở mà chúng ta xoay.Nguyên tắc chung của cảm biến chiết áp: Cảm biến này sử dụng một con quay được gắn vào cột lái di chuyển trên biến trở, thay đổi điện trở khi vô lăng quay Sự thay đổi điện trở này sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU.

Cảm biến vị trí lái ghi nhận góc đánh lái của hệ thống lái thông qua vòng quay của vòng trong so với phần dưới của vỏ cảm biến Vòng này nằm giữa nắp và phần dưới vỏ cảm biến, được gắn trên trục lái bằng một vòng kẹp và có thể xoay so với vỏ cảm biến.

Cảm biến mô-men lái được gắn ở vòng trong, ghi nhận chuyển động quay của thanh xoắn Vòng trong là một vòng nhựa với hai cặp tiếp điểm trượt chiếc áp. Những tiếp điểm này quét trên dây dẫn ở vòng trong Vòng cảm biến được kết nối với nắp vỏ Nó ăn khớp (lắp vào, thích hợp) chính xác trên đầu của thanh xoắn Khi thanh xoắn quay, nắp cũng quay so với vòng trong Chuyển động này được phát hiện bởi các tiếp điểm chiếc áp và được chuyển đến bộ điều khiển.

3.1.3.2 Cảm biến tốc độ động cơ

Cảm biến thuộc loại cảm biến Hall, ở đầu cảm biến có phần tử Hall, bên trong có lõi nam châm vĩnh cửu và IC, một bánh răng kích từ được lắp ở trên trục khuỷu.

Hình 3 6 Cấu tạo của cảm biến trục khuỷu loại cảm biến hall

Cảm biến thường được lắp đặt ở vị trí gần puly trục khuỷu, ngay phía trên bánh đà nhằm thu thập nhanh tín hiệu từ trục khuỷu và gửi về ECU.

Hình 3 7 Vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu

Khi bánh răng kích từ xoay trong quá trình trục khuỷu quay sẽ tạo ra dao động trong từ trường, cảm biến Hall dùng để phát hiện cường độ từ trường qua nó thông qua tín hiệu đầu ra điện áp Máy tính động cơ sẽ dựa vào tín hiệu này do cảm biến trục khuỷu thu về để đo tốc độ quay của trục khuỷu.

3.1.3.3 Cảm biến tốc độ bánh xe

Cảm biến tốc độ bánh xe là bộ phận thuộc hệ thống phanh điện tử, dùng để xác định vận tốc di chuyển của xe.

Cảm biến được cấu tạo bởi đầu cảm ứng điện từ và bánh răng vòng từ Đầu cảm biến được cấu tạo bởi lõi từ trường vĩnh cửu và cuộn dây cảm ứng, bánh răng vòng được làm bằng vật liệu sắt từ.

Hình 3 8 Cấu tạo của cảm biến tốc độ loại điện từ

Cảm biến tốc độ bánh xe hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng từ Với cấu tạo có một nam châm gắn gần một bánh răng kim loại, bánh răng này sẽ chuyển động đồng thời khi bánh xe quay Khi các răng trượt qua nam châm sẽ tạo nên dòng điện xoay chiều, tín hiệu sẽ được gửi về thông qua số lượng xung, truyền vào mạch cảm biến tốc độ và tính toán ra vận tốc chuyển động của xe.

3.1.3.4 Bộ điều khiển điện tử

Hình 3 9 Bộ điều khiển điện tử

Bộ điều khiển được gắn trên cột lái, có các đầu nối riêng biệt được kết nối bởi các giắc từ cảm biến, motor, nguồn điện,… Bộ điều khiển tiếp nhận và xử lý các tín hiệu đầu vào sau đó tính toán mức hỗ trợ lực cần thiết điều khiển motor hoạt động.

3.1.3.5 Động cơ điện trợ lực lái Động cơ điện (Motor DC) bao gồm: cổ góp, chổi than, roto, stato và trục chính.

Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít Cơ cấu giảm tốc sẽ giảm vận tốc truyền động của motor điện 1 chiều và tăng mô-men chuyển động tới trục lái.

Hình 3 11 Vị trí, cấu tạo của motor trợ lực lái điện và cơ cấu giảm tốc

Motor được bắt vít vào vỏ của bánh vít bằng đệm cao su để không thể truyền rung động giữa motor và trục lái Trục mô tơ được kết nối với trục vít thông qua khớp nối cao su linh hoạt (mềm) bằng cách như vậy mà mô-men xoắn khởi động của mô tơ được truyền nhẹ nhàng đến bánh vít Nó có thời gian phản hồi cực ngắn cho phép nó hỗ trợ chuyển động của vô lăng một cách nhanh chóng.

Motor điện nhận nguồn điện áp thông qua bộ điều khiển điện tử cột lái.

3.1.3.6 Đèn cảnh báo trợ lực lái điện Đèn cảnh báo có thể được tìm thấy trong bảng hiện thị đồng hồ Taplo Nó phục vụ như một phương tiện hiển thị các trục trặc hoặc rối loạn trong hệ thống lái trợ lực điện.

Khi chìa khóa đánh lửa được bật, đèn cảnh báo sẽ sáng màu đỏ như một phần của quy trình tự kiểm tra được thực hiện bởi hệ thống lái trợ lực điện.

Hình 3 12 Đèn cảnh báo hệ thống lái trợ lực điện trên bảng đồng hồ Taplo Đèn cảnh báo sáng 2 màu nếu lỗi chức năng được phát hiện nếu nó sáng màu vàng, cảnh báo cơ mức độ ưu tiên thấp hơn Nếu đèn cảnh báo sáng màu đỏ, cần tìm tư vấn ngay từ xưởng Nếu đèn cảnh báo sáng màu đỏ, đồng thời nó đi kèm với tín hiệu cảnh báo bằng âm thanh (3 lần lặp lại).

Cấu tạo của hệ thống trợ lực lái bánh răng kép

Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực bánh răng kép là:

Cơ cấu lái bằng tay: Vô lăng, trục lái, cơ cấu lái, liên kết lái.

Các cảm biến: cảm biến mô-men, cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ động cơ, tốc độ xe,…

Bộ điều khiển điện tử EPS ECU: tiếp nhận xử lý các tín hiệu thu được và điều khiển động cơ điện hoạt động. Động cơ điện: dựa trên tín hiệu từ bộ điều khiển để tạo ra lực hỗ trợ lái.

Hình 3 14 Các bộ phận chính của hệ thống DP-EPS

Nguyên lý hoạt động của hệ thống DP-EPS

Hình 3 15 Nguyên lý hoạt động trợ lực lái của hệ thống DP-EPS Điều khiển hoạt động hỗ trợ lái:

Khi người lái tác động lực lên vô lăng để xoay các bánh xe dẫn hướng Lực tác dụng làm quay thanh xoắn trong cơ cấu lái Cảm biến mô-men lái phát hiện chuyển động quay và gửi giá trị lực lái đến bộ điều khiển Cảm biến góc lái gởi tín hiệu góc lái hiện tại đến bộ điều khiển.

Bộ điều khiển dựa vào các tín hiệu nhận được về lực lái, tốc độ di chuyển của xe, tốc độ động cơ, góc lái, tốc độ lái để tính toán lực hỗ trợ cần thiết mà kích hoạt động cơ điện hoạt động.

Trợ lực lái đến từ một bánh răng thứ hai, bánh răng này truyền mô-men được tạo ra bởi động cơ điện song song trên thanh răng Bánh răng được điều khiển bởi động cơ điện Motor ăn khớp với thanh răng lái thông qua bánh vít và bánh băng dẫn động và do đó truyền lực cần thiết để hỗ trợ lái.

Tổng của lực quay vô lăng và lực hỗ trợ từ động cơ điện là lực tác dụng hiệu quả tác dụng lên cơ cấu lái để di chuyển thanh răng tịnh tiến sang trái hoặc sang phải. Điều khiển trả lái: Bộ điều khiển điều khiển hỗ trợ lực hồi về của bánh xe sau khi người lái đánh hết vô lăng sang 1 bên.

Bù lệch lái thông minh: Khi xe di chuyển trên mặt đường không bằng phẳng hoặc gió tạt ngang thân xe yêu cầu người lái xoay vô lăng để giữ xe chạy thẳng Bằng cách đánh giá các thông số dữ liệu: mô-men lái, tốc độ xe, tốc độ động cơ, góc lái,… Bộ điều khiển tính toán mô-men xoắn cần thiết điều khiển motor điện Động cơ điện được kích hoạt liên tục tự điều chỉnh, bù thêm lực lái để giữ cho xe di chuyển ổn định.

Nó nằm trên trục lái giữa công tắc lắp trên trục lái và vô lăng.

Cảm biến góc lái hay còn gọi là cảm biến góc xoay vô lăng, có nhiệm vụ cung cấp thông tin về tốc độ quay vòng vô lăng, gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển của ô tô để xác định hướng muốn rẽ.

Hình 3 16 Cảm biến góc lái trên DP-EPS

Cảm biến góc đánh lái sử dụng các điện áp khác nhau để thu được thông tin về góc và hướng quay, sau đó gửi tín hiệu này đến ECU để hệ thống nhận biết người điều khiển đang muốn xe di chuyển theo hướng nào Lúc này, ECU sẽ sử dụng thuật toán để khớp vô lăng với bánh xe nhằm đảm bảo góc lái và hướng đi chính xác Nguyên lý này giúp xe tránh được những vật cản bất ngờ và đạt được trạng thái cân bằng trong những tình huống cua gấp nguy hiểm.

Các bộ phận cơ bản của cảm biến góc lái:

- Cảm biến quang học. Đĩa mã hóa bao gồm hai vòng: vòng tuyệt đối (bên ngoài) và vòng gia tăng (bên trong) Mỗi vòng được chia thành các phân đoạn với khoảng cách giữa các khe hở khác nhau.

Hình 3 17 Cấu tạo của cảm biến góc lái

Nguồn sáng được đặt ở giữa 2 vòng, các cảm biến quang học được đặt ở bên ngoài Khi ánh sáng chiếu qua khe hở vào cảm biến, điện áp tín hiệu được tạo ra. Khi nguồn sáng bị che phủ, điện áp lại bị gián đoạn.

Hình 3 18 Tín hiệu điện áp được tạo ra khi có ánh sáng và không có ánh sáng

Khi 2 vòng di chuyển sẽ tạo ra chỗi điện áp khác nhau, bằng cách so sánh cả

2 tín hiệu, hệ thống có thể tính toán khoảng cách mà các vòng đã di chuyển bao xa, vòng bên ngoài dùng để xác định điểm xuất phát của chuyển động.

Hình 3 19 Chuỗi tín hiệu điện áp được tạo ra

3.2.3.2 Cảm biến mô-men xoắn

Hình 3 20 Cấu tạo của cảm biến mô-men xoắn trong hệ thống DP-EPS

Lực lái, hay mô-men được tính toán trực tiếp tại bánh răng lái với sự hỗ trợ từ cảm biến mô-men Cảm biến hoạt động trên nguyên lý từ trường.

Cột lái và cơ cấu lái được nối với nhau tại cảm biến mô-men xoắn thông qua thanh xoắn Bộ phận kết nối ở cột lái có một roto từ tính, quay khoảng 24 khu vực có cực từ khác nhau.

Bên đối xứng với roto từ tính là một phần tử cảm biến điện trở từ, được gắn vào phần kết nối của cơ cấu lái Cảm biến này là bộ phận phát hiện trạng thái từ tính và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện Chúng phát hiện từ tính được tạo ra bởi nam châm, để truyền tải thông tin như thay đổi khoảng cách hoặc hướng.

Nếu vô lăng được xoay, cả hai phần kết nối sẽ di chuyển ngược lại với nhau, tùy thuộc vào lượng lực tác dụng.

Roto từ tính cũng di chuyển ngược lại phần tử cảm biến trong giai đoạn này, điều đó có nghĩa là lực lái do đó có thể được đo và gửi đến bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu điện.

3.2.3.3 Bộ điều khiển trợ lực lái

Hình 3 21 Vị trí bộ điều khiển trên hệ thống DP-EPS

Bộ điều khiển trợ lực lái được gắn trực tiếp và động cơ điện, có nghĩa là không cần đi dây phức tạp đến các bộ phận của servo trợ lực lái.

Dựa trên các tín hiệu đầu vào, chẳng hạn như:

- Tín hiệu góc lái từ cảm biến góc đánh lái.

- Tốc độ động cơ từ cảm biến tốc độ động cơ.

- Lực đánh lái, tốc độ roto.

- Tín hiệu tốc độ của xe và tín hiệu xác nhận chìa khóa đánh lửa từ bộ điều khiển được chèn vào phần hiển thị của bảng điều khiển.

Bộ điều khiển tính toán mức lực tương ứng cần thiết để hỗ trợ lái Cường độ của dòng kích thích được tính toán và động cơ điện được kích hoạt.

Tích hợp trong bộ điều khiển là một cảm biến nhiệt độ, được sử dụng để đo nhiệt độ của hệ thống lái Nếu nhiệt độ tăng trên 100 o C, sự hỗ trợ của trợ lực lái sẽ giảm dần Nếu trợ lực lái dưới con số 60%, đèn cảnh báo trợ lực lái điện sẽ sáng

3.2.3.4 Động cơ điện trợ lực lái

Motor điện là động cơ không đồng bộ không chổi than Động cơ không đồng bộ không có từ trường vĩnh cữu hoặc bộ kích điện Động cơ không đồng bộ lấy tên từ hiệu giữa tần số điện áp đặt vào và tần số quay của motor Cả hai tần số đều khác nhau, do đó có thuật ngữ không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ có cấu tạo đơn giản (không có chổi than) và do đó, có hiệu quả vận hành cao Chúng có thời gian phản hồi ngắn và do đó phù hợp với các chuyển động nhanh của vô lăng.

- Roto lòng sóc bao gồm các thanh dẫn được bố trí song song với trục trong một tấm kim loại Chúng được nối ngắn mạch ở phía trước bởi các vòng (lòng sóc).

- Stator thường được trang bị cuộn dây ba pha tạo ra từ trường quay Từ trường quay tạo ra dòng điện trong lòng sóc của roto, tuân theo định luật Lenz, tác động ngược trở lại stator và do đó tạo ra mô-men xoắn trên trục roto Do cuộn dây stator được bố trí trên một vỏ đúc đặc có những khe hở giải nhiệt cho mô tơ Cuộn dây ba pha được làm bằng dây đồng rắn chắc cho kết cấu động cơ rất chắc chắn, phân bố trên chu vi của động cơ Rotor cũng chứa một lõi, để giảm tổn thất dòng điện xoáy.

Hình 3 22 Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ

Cấu tạo của hệ thống trợ lực lái trục song song

Hình 3 24 Các thành phần chi tiết trên cơ cấu lái của hệ thống B-EPS

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận sau:

- Cơ cấu lái bằng tay bao gồm: Vô lăng, trục lái, cơ cấu lái, các thanh liên kết lái.

- Các cảm biến: Cảm biến mô-men, cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ bánh xe,

- Máy tính trung tâm (Mô-đun điều khiển điện tử EPS): tiếp nhận và xử lý các tín hiệu gởi về từ các cảm biến Dựa vào các chương trình được cài đặt sẵn trong máy tính bao gồm nhiều đặc tính như: tốc độ xe, góc đánh lái, trạng thái nguy hiểm, giảm chấn hệ thống lái, chẩn đoán,

- Motor điện: tạo mô-men hỗ trợ thông qua sự điều khiển bởi máy tính trung tâm.

- Hộp số lái bi tuần hoàn với dây đai và bi truyền động: Hệ thống truyền động này nhận mô-men quay từ motor điện tác động vào thanh răng làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang trái hoặc sang phải.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống B-EPS

Hình 3 25 Nguyên lý hoạt động của hệ thống B-EPS

Bộ điều khiển tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến để tính toán sinh ra lực hỗ trợ đánh lái:

- Quy trình hỗ trợ đánh lái bắt đầu khi người lái quay vô lăng Mô-men xoắn ở vô lăng làm xoắn thanh xoắn trên bánh răng lái làm thanh răng chuyển động tinh tiến sang trái hoặc sang phải Khi cảm biến mô-men phát hiện độ xoắn của thanh xoắn sẽ truyền mô-men lái đo được đến bộ điều khiển Bộ điều khiển lái xác định hệ thống lái cần thiết hỗ trợ và kích hoạt động cơ điện trên cơ sở của tín hiệu mô-men lái, góc đánh lái và tốc độ đánh lái, tốc độ xe, tốc độ động cơ để tính toán lực hỗ trợ cần thiết Các thông tin về góc lái và tốc độ lái được sử dụng cho các chức năng như hiệu chỉnh điều khiển xe đi thẳng hay chuyển hướng.

- Khi tốc độ xe thấp, trợ lực nhiều hơn, đánh lái rất nhẹ nhàng Khi tốc độ càng cao, lực hỗ trợ lái càng nhỏ đi để người lái có cảm giác vô lăng hơn.Tức là lực sinh ra hỗ trợ đánh lái tỉ lệ nghịch với tốc độ xe.

- Hỗ trợ lái được cung cấp thông qua truyền động bằng dây đai hộp số bi tuần hoàn Đai ốc trục chính được điều khiển bằng động cơ điện thông qua dây đai răng.

- Tổng lực của mô-men xoắn tại vô lăng và lực của mô-men trợ lực từ động cơ điện tạo ra lực tịnh tuyến thanh răng giúp xoay các bánh xe. Điều khiển trả lái: Bộ điều khiển điều khiển hỗ trợ lực hồi về của bánh xe sau khi người lái đánh hết vô lăng sang 1 bên.

Bù lệch lái thông minh: Hệ thống lái liên tục tự điều chỉnh, bù thêm lực lái để giữ cho xe ổn định khi chạy trên mặt đường không bằng phẳng hoặc có gió tạt ngang thân xe.

Cảm biến góc lái được đặt phía sau vòng hồi với vòng trượt túi khí Nó được gắn ở giữa cần công tắc điều khiển và trục lái Cảm biến góc lái cung cấp tín hiệu góc lái đến bộ điều khiển điện tử.

3.3.3.2 Cảm biến mô-men xoắn

Hình 3 26 Vị trí của cảm biến mô-men xoắn trên B-EPS

Mô-men lái do người lái tác dụng lên vô lăng là cơ sở để tính toán lực hỗ trợ được cung cấp bởi hệ thống lái Mô-men lái được đo tại bánh răng lái với sự trợ giúp của cảm biến mô-men lái Vòng quay tương đối của trục đầu vào hệ thống lái được so sánh với bánh răng lái và được chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra điện tương tự.

Hình 3 27 Cấu tạo của cảm biến mô-men xoắn trên B-EPS

Trục đầu vào hệ thống lái và bánh răng lái là được kết nối với nhau trên cảm biến mô-men xoắn thông qua một thanh xoắn Thanh xoắn có độ cứng chống xoắn xác định Một nam châm vòng mười sáu cực (8 cặp cực) nằm trên trục đầu vào lái và quay với trục.

Hai stator mỗi cái có 8 răng nằm trên bánh răng lái và xoay cùng với nó Ở vị trí thanh xoắn không bị xoắn, răng của stator nằm chính xác ở giữa cực nam và cực bắc tương ứng của nam châm vòng Cảm biến Hall được cố định trên vỏ và không quay.

Cảm biến hoạt động không tiếp xúc theo nguyên lý từ điện trở Chiều cao và sự liên kết của dòng từ tính giữa stato 1 và stato 2 là phép đo trực tiếp mô men lái và được đo bằng hai cảm biến Hall tuyến tính Tùy thuộc vào thời điểm lái được áp dụng và do đó góc xoắn, tín hiệu từ cảm biến Hall di chuyển giữa vị trí 0 và vị trí tối đa.

Hình 3 28 Cảm biến mô-men xoắn ở vị trí 0

Nếu lái xe thẳng, người lái không quay vô lăng, răng của stato 1 và stato 2 nằm ở giữa 2 cực từ nam và bắc của nam châm đa cực Do đó, cả stato 1 và stato 2 đều không có hướng bắc hoặc hướng nam Từ trường không thể hình thành giữa hai stato.

Các cảm biến Hall được cung cấp điện áp đầu vào là 5V Vì không có từ trường nào hình thành giữa hai stato, các cảm biến Hall phát tín hiệu cho thời điểm này là 2,5V.

Nếu người lái quay vô lăng, một góc xoắn giữa trục đầu vào hệ thống lái và bánh răng lái sẽ xuất hiện Nam châm vòng quay so với stato 1 và 2 Khi tám răng trên bộ stato 1 nằm chính xác ở các cực bắc và 8 răng của stato 2 nằm chính xác ở các cực nam của nam châm vòng, cảm biến đã đạt đến vị trí cực đại Điều này có nghĩa là stato 1 có hướng bắc và stato 2 có hướng nam thẳng hàng.

Hình 3 29 Cảm biến mô-men xoắn ở vị trí tối đa

Một từ trường hình thành giữa hai stato Từ trường này được đo bằng cảm biến Hall và được chuyển đổi thành tín hiệu điện Nếu cảm biến Hall A có điện áp tối đa là 4,5V, cảm biến Hall B có điện áp tối thiểu 0,5V Ở hướng lái ngược lại, cảm biến Hall A có điện áp 0,5V và cảm biến Hall B có điện áp 4,5V.

Hình 3 30 Đặc điểm đầu ra của mô-men xoắn

3.3.3.3 Bộ điều khiển trợ lực lái

Hình 3 31 Vị trí của bộ điều khiển trên hệ thống B-EPS

Bộ phận điều khiển được gắn chặt và vặn vào hộp cơ cấu lái Các tiếp điểm của bộ điều khiển được hàn vào động cơ điện và do đó không thể tách rời.

Bằng cách sử dụng vỏ hộp cơ cấu lái để tản nhiệt, hệ thống hỗ trợ lái không bị giảm liên quan đến nhiệt độ ngay cả khi nhiệt độ rất cao phát triển trong thiết bị điều khiển.

Bộ điều khiển sử dụng các tín hiệu đầu vào như:

- Tín hiệu góc lái từ cảm biến góc lái.

- Tốc độ động cơ từ cảm biến tốc độ động cơ.

- Mô men lái và tốc độ quay của động cơ điện.

- Tín hiệu tốc độ xe để xác định hỗ trợ lái hiện tại yêu cầu Cường độ dòng điện và hướng của dòng điện stato được tính toán và động cơ trợ lực được tính toán kích hoạt.

3.3.3.4 Động cơ điện trợ lực lái

Hình 3 32 Vị trí của động cơ điện trợ lực lái trên hệ thống B-EPS Động cơ trợ lực lái điện được gắn song song với thanh răng trong vỏ cơ cấu lái Nó truyền lực trợ lái đến hộp số bi tuần hoàn thông qua một dây đai răng. Động cơ điện trợ lực lái là một động cơ đồng bộ 3 pha Trong động cơ đồng bộ, roto quay đồng bộ với từ trường stato So với một động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ có những ưu điểm sau:

- Nó không bị mài mòn vì nó không sử dụng chổi than.

- Rôto là nam châm vĩnh cửu.

- Không cần kích thích trước.

- Tiết kiệm năng lượng và phản ứng nhanh hơn. Động cơ đồng bộ có hiệu suất điện tốt vì không có kích thích trước từ tính dòng điện như với động cơ không đồng bộ Do đó, có thể giảm mức tiêu thụ điện năng so với các hệ thống lái tương tự.

Hình 3 33 Cấu tạo của động cơ điện trong hệ thống B-EPS Động cơ điện EPS được lắp tích hợp với bộ điều khiển EPS. Động cơ điện EPS là một động cơ không chổi than bao gồm một stator nối sao ba pha, một roto nam châm vĩnh cửu và cảm biến phân giải để xác định vị trí của rotor (hay vị trí của cực từ). Để tránh được tiêu hao công suất và nhiễu mô-men do dòng điện tròn trong cuộn dây động cơ bằng cách đấu cuộn động cơ đồng bộ theo kiểu đấu nối sao.

Các thành phần chính của hệ thống

- Phương pháp thu thập thông tin.

- Phương pháp tiếp cận thông tin.

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu.

- Phương pháp dịch thuật tài liệu.

- Phương pháp phân tích tổng hợp. Đối tượng nghiên cứu

- Tài liệu giảng dạy chuyên ngành ô tô.

- Tạp chí, bài báo chuyên ngành.

- Tài liệu tham khảo, các bài nghiên cứu của các trang Web, nhà sản xuất trên Internet.

- Một số hệ thống lái trợ lực điện phổ biến.

- Một số tính năng công nghệ ứng dụng từ hệ thống.

Sơ lược về hệ thống lái

2.1.1 Vai trò nhiệm vụ của hệ thống lái

2.1.2 Cấu tạo chung của hệ thống lái

2.1.3 Sự cần thiết của trợ lực lái

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

4.1.3.1 Trạng thái hoạt động a) Bật/tắt hệ thống

Hệ thống được bật/tắt thông qua nút nhấn chức năng được trang bị trên vô lăng khi người lái mong muốn.

Hình 4 5 Nút nhấn chức năng trên một số hãng xe

Hoặc trên vô lăng có các nút điều hướng, người lái có thể sử dụng để lựa chọn hệ thống thích hợp trong phần cài đặt trên màn hình đa thông tin ở trước vô lăng.

Hình 4 6 Các nút điều hướng trên vô lăng của Toyota

Nếu ấn giữ nút bật/tắt trên 2 giây thì tất cả các tùy chọn được cùng bật hoặc cùng tắt.

Hình 4 7 Hệ thống hiển thị các tùy chọn chức năng trên màn hình xe Toyota

Trạng thái hoạt động của hệ thống được chỉ định:

Nếu hệ thống giữ làn đường được kích hoạt, biểu tượng điều khiển màu vàng mô tả viền làn đường sẽ bật Ngay khi máy ảnh xác định được vạch kẻ đường phù hợp, biểu tượng này sẽ chuyển sang màu xanh lục Lúc này hệ thống đã hoạt động hoàn toàn, nếu phương tiện rời khỏi vạch lý tưởng, hệ thống giữ làn đường sẽ thực hiện việc hỗ trợ đánh lái nhẹ nhàng và liên tục hỗ trợ người lái.

Khi làn đường hiển thị nhấp nháy màu vàng (hoặc cam): Hệ thống báo hiệu xe đang di chuyển lệch làn đường về phía làn đường hiển thị đang nhấp nháy.

Hình 4 8 Màn hình hiển thị tính năng đang hoạt động trên các hãng xe

Nếu không nhìn thấy rõ các vạch kẻ đường, hệ thống cũng sẽ hoạt động bằng cách theo dõi đường đi của phương tiện trước đó Thao tác này có thể được xác định bằng 3 chấm trắng xuất hiện trên màn hình MID thay vì các đường màu xanh.

Hệ thống chỉ chuyển sang trạng thái hoạt động khi đáp ứng các tiêu chí sau:

- Làn đường đủ rộng được công nhận.

- Độ cong làn đường đủ nhỏ.

- Xe đang ở trong làn đường.

- Tốc độ nhanh hơn 65 km/h. b) Hoạt động của hệ thống sau khi được bật

Khi hệ thống được kích hoạt bởi nút nhấn, hệ thống sẽ thực hiện các bước sau:

- Kích hoạt máy ảnh và ghi nhận các dấu hiệu của làn đường mà xe đang di chuyển.

- Đánh dấu vị trí trung tâm của làn đường.

- Đánh dấu vị trí ô tô trong làn xe.

Khi hệ thống thực hiện thành công tất cả các bước như trên đồng nghĩa với việc hệ thống cảnh báo sai lệch làn đường ở trạng thái chủ động (đèn báo sẽ sáng xanh), ngược lại hệ thống sẽ ở trạng thái bị động. c) Trạng thái chủ động, bị động của hệ thống

Lane Keeping System là một hệ thống hiện đại hơn với việc kiểm soát bánh xe khi sử dụng hệ thống đánh lái trợ lực điện để giữ cho ô tô đi đúng làn Một số hệ thống được kết hợp với công nghệ giám sát hành chính thích ứng hoặc giám sát hành trình sử dụng radar để gia tăng mức độ an toàn, xe sẽ tự động duy trì làn đường và duy trì khoảng cách với xe phía trước.

Bộ phận Camera sẽ theo dõi các vạch kẻ đường ở khoảng cách trước mũi xe và liên tục gửi thông tin trực tiếp cho cụm xử lý trung tâm – bộ phận có chức năng phân tích, xử lý các số liệu và so sánh với vận tốc chuyển động của xe Khi phát hiện các chuyển động lệch ra khỏi làn đường và báo cho lái xe bằng âm thanh, hình ảnh Nếu người lái không phản hồi hệ thống sẽ tự động đánh lái để duy trì làn đường ổn định.

Hình 4 9 Hệ thống sử dụng camera và để theo dõi làn đường Ở chế độ chủ động: quá trình làn đường sẽ được ghi nhớ và điều chỉnh mô men xoắn thông qua tay lái trợ lực điện nếu xe sắp rời khỏi làn đường đã được tính toán Chế độ hoạt động được thể hiện bằng đèn cảnh báo lệch làn đường màu xanh lá cây trong bảng điều khiển. Ở chế độ bị động: làn đường tiếp tục được ghi nhớ và được tính toán, để chuyển về chế độ chủ động khi phát hiện ranh giới làn đường rõ ràng, hoặc khi đáp ứng được tất cả các điều kiện cần thiết.

- Hệ thống cảnh báo lệch làn đường tạm thời được chuyển sang chế độ thụ động bằng cách người lái kích hoạt tín hiệu rẽ.

- Hệ thống cảnh báo lệch làn đường tự động bật lại khi tắt tín hiệu rẽ và khi có thể phân định làn đường rõ ràng, đèn chỉ thị màu vàng xuất hiện trong màn hình điều khiển.

- Hệ thống sử dụng các vạch kẻ đường để tính toán làn đường ảo mà phương tiện được phép di chuyển và xác định vị trí của xe trên đường.

- Nếu phương tiện di chuyển về phía ranh giới làn đường ảo theo một góc phẳng, mô-men xoắn cực đại 3Nm sẽ được áp dụng để điều chỉnh hướng đi, được thực hiện bởi hệ thống lái điện Lực này được định hướng theo góc mà ô tô đang di chuyển về phía phân định làn đường được công nhận.

Hình 4 10 Hệ thống hỗ trợ đánh lái đưa xe di chuyển về giữa làn đường

Có thể được người lái xen vào bằng quy trình lái chủ động.

Nếu mô-men lái điều chỉnh không đủ để ô tô duy trì trong làn đường, rung động tay lái được tạo ra thông qua động cơ trợ lực điện Người lái có thể cảm nhận được điều này như cảnh báo vô lăng.

Nếu cố xoay vô lăng để di chuyển sang làn đường khác thì hệ thống sẽ cảnh báo lệch làn đường Nhưng vẫn có thể thực hiện việc di chuyển sang làn đường khác nhưng vô lăng sẽ hơi nặng hơn so với lúc bình thường khi đánh lái Việc này sẽ giúp khi di chuyển ở tốc độ cao tránh được việc mất lái.

Ngay cả khi LKS đã được kích hoạt, người lái vẫn phải chịu trách nhiệm trong việc điều khiển xe đi đúng làn đường Các thuật toán nội bộ sẽ được sử dụng để tính toán xem tài xế có cầm vô lăng trong tay hay không Nếu hệ thống phát hiện thời điểm người lái rời tay khỏi vô lăng trong khoảng 8 đến 10 giây Một âm thanh cảnh báo xuất hiện và lời nhắc trực quan được hiển thị trong màn hình hiển thị, cảnh báo người lái lấy lại quyền kiểm soát Sau một thời gian trì hoãn hệ thống sẽ ngừng hoạt động Tính năng này đảm bảo rằng người lái phải có trách nhiệm trong việc điều khiển phương tiện của mình Hệ thống cần khoảng 5 đến 15 giây để thực hiện việc kiểm tra này.

Hình 4 11 Hệ thống cảnh báo khi tay rời khỏi vô lăng

- Trong trường hợp bán kính đường cong lớn, hệ thống cảnh báo có thể tránh đi lệch làn đường bởi làn đường được tính toán Trong trường hợp này, làn đường ảo được hệ thống vạch ra nhỏ hơn, sau đó vùng làm đường ảo sẽ mở rộng ra cho bằng làn đường thực tế khi mà vạch kẻ đường thực tế được xác định Điều này cho phép người lái xe cắt cua nhỏ mà không cần hệ thống cảnh báo can thiệp vào.

Vai trò nhiệm vụ của hệ thống

Hình 4 12 Phát hiện khu vực đỗ xe bằng cảm biến siêu âm

Hệ thống hỗ trợ đỗ xe là công cụ giúp người lái đỗ xe chính xác hơn, hạn chế những va chạm đáng tiếc xảy ra Hệ thống sử dụng nhiều phương thức khác nhau để cảnh báo, hướng dẫn người lái và di chuyển đến khu vực đổ xe an toàn.

Hiện nay, có nhiều hệ thống có nhiệm vụ giúp người lái đỗ xe dễ dàng, bao gồm: Kiểm soát khoảng cách đỗ xe (PDC – Parking Distance Control và Hỗ trợ đỗ xe chủ động (APA – Automatic Parking Assist hay Active Parking Assist) Trong đó, PDC mang tính hỗ trợ, còn APA có khả năng tự động đỗ xe mà không cần người lái.

Hệ thống hỗ trợ đỗ xe là một ví dụ về sự tương tác của các hệ thống phụ khác của phương tiện thông qua hệ thống bus dữ liệu CAN để đạt được một chức năng phức tạp hơn như chức năng lái đỗ xe.

Dưới đây là tên gọi của công nghệ hỗ trợ lái tự động theo từng hãng xe khác nhau:

− Automatic Parking Assist (Chevrolet, Mercedes-Benz, Ford).

Các thành phần của hệ thống

Hệ thống hỗ trợ đỗ xe gồm có các thành phần sau:

- Cảm biến siêu âm: dùng để đo không gian chỗ đỗ xe.

Bộ phận tiếp nhận, xử lý thông tin và điều khiển:

- ECU: tiếp nhận các tín hiệu thông tin và điều khiển quy trình đỗ xe

- Hệ thống lái trợ lực điện: hỗ trợ việc xoay vô lăng khi di chuyển vào chỗ đỗ xe

- Còi cảnh báo: phát âm thanh cảnh báo cho người lái khi xe di chuyển đến gần vật thể nào đó.

- Thiết bị hiển thị hình ảnh: Hiển thị khu vực đỗ xe và các yêu cầu người lái thực hiện.

Các bộ phận và hệ thống con khác: Cần gạt báo rẽ, camera lùi, nút hỗ trợ đỗ xe, hệ thống phanh ABS và ESP, hệ thống quản lý động cơ và hộp số,…

Cảm biến siêu âm là thiết bị điện tử đo khoảng cách của một đối tượng mục tiêu bằng cách phát ra sóng siêu âm, sau đó âm thanh phản xạ được chuyển đổi thành tín hiệu điện Theo đó, bộ phát của cảm biến có khả năng tạo ra âm thanh nhờ sử dụng tinh thể áp điện Còn bộ thu có vai trò tiếp nhận âm thanh đến và đi từ các vị trí khác nhau.

Hình 4 13 Cấu tạo của cảm biến siêu âm

Cấu tạo của cảm biến siêu âm

- Bộ phát: Là bộ phận được cấu tạo từ gốm, với đường kính rộng 15mm, hoạt động nhờ cơ chế chuyển động bằng máy rung để tạo ra các sóng siêu âm truyền vào không khí.

- Bộ thu: Có chức năng hình thành các rung động cơ học tương thích với sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện ở đầu ra của bộ thu.

- Điều khiển: Là bộ phận sử dụng mạch điện tích hợp để điều khiển sự truyền sóng siêu âm của bộ phát, từ đó đánh giá được khả năng nhận tín hiệu và kích thước của bộ thu.

- Nguồn điện DC: Cung cấp năng lượng cho thiết bị cảm biến thông qua mạch ổn áp, với mức điện áp PCB ± 10%, 24V ± 10%.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Các cảm biến siêu âm được kết nối điện với ECU bằng ba dây, hai trong số đó cung cấp điện Đường tín hiệu hai chiều thứ ba chịu trách nhiệm kích hoạt chức năng truyền và trả lại tín hiệu nhận được đã đánh giá cho ECU Khi cảm biến nhận được xung truyền kỹ thuật số từ ECU, mạch điện tử điều khiển để sóng siêu âm được phát ra Những rung động trở lại bởi âm thanh phản xạ trở lại từ chướng ngại vật sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện, sau đó được khuếch đại và chuyển đổi thành tín hiệu số bằng thiết bị điện tử cảm biến.

Cảm biến siêu âm phát ra các nguồn xung âm thanh có tần số ngắn, tần số cao theo khoảng thời gian đều đặn Chúng lan truyền trong không khí với tốc độ nhanh hơn tốc độ âm thanh.

Trong quá trình lan truyền trong không khí, chúng gặp vật thể, chúng sẽ phản xạ ngược trở lại dưới một dạng tín hiệu phản hồi và đồng thời bộ xử lý sóng âm sẽ tự động tính toán khoảng cách dựa trên khoảng thời gian sóng được phát ra và tín hiệu trả về. Để có thể tính được khoảng cách giữa cảm biến và đối tượng, cảm biến sẽ đo thời gian cần thiết giữa khoảng thời gian phát ra âm thanh của bộ phát đến tiếp xúc với bộ thu.

Công thức tính khoảng cách như sau: D = T x C (Trong đó D là khoảng cách,

T là thời gian, C là tốc độ âm thanh) Tốc độ âm thanh C ≈ 343 mét/ giây.

Bộ điều khiển hỗ trợ đỗ xe chịu trách nhiệm tiếp nhận các tín hiệu thông tin và điều khiển quy trình đỗ xe và ra khỏi chỗ đỗ cũng như thực hiện các cảnh báo khoảng cách kiểm soát khoảng cách đỗ xe Nó cũng phối hợp hiển thị các yêu cầu, cảnh báo và hình ảnh camera lùi trong màn hình thông tin giải trí.

Bộ điều khiển chuyển đổi và truyền tải thông tin tiếp nhận được đến các hệ thống con thông qua mạng CAN.

4.2.2.3 Hệ thống lái trợ lực điện

Trợ lực lái điện là điều kiện tiên quyết chính để lắp đặt hệ thống lái hỗ trợ đỗ xe Nó cho phép bộ điều khiển lái hỗ trợ đỗ xe đánh lái chủ động và tự động để điều khiển xe trong quá trình đỗ.

Bộ điều khiển hỗ trợ đỗ xe chịu trách nhiệm kích hoạt hệ thống lái Cảm biến mô men lái phát hiện bất kỳ sự can thiệp nào của người lái vào vô lăng và hủy bỏ quá trình đỗ xe ngay lập tức.

Bộ điều khiển trong màn hình trước vô lăng chịu trách nhiệm hiển thị các chỗ đỗ xe song song và vuông góc ở bên trái hoặc bên phải đường, hướng dẫn đổi hướng, hướng dẫn phanh, âm thanh cảnh báo và quy trình liên tục trong quá trình đỗ xe nhiều giai đoạn.

Nhiệt độ bên ngoài được cảm biến nhiệt độ môi trường xung quanh truyền đến thiết bị điều khiển trong bảng điều khiển Nó có ảnh hưởng đến việc tính toán khoảng cách đo được đến các chướng ngại vật do mật độ không khí thay đổi.

Công tắc đèn báo rẽ được sử dụng để phát hiện xe đỗ ở phía nào của đường. Tín hiệu được truyền qua thiết bị điều khiển cần gạt báo rẽ nằm trên cột lái và hình ảnh được hiển thị trên màn hình hiển thị trước vô lăng.

4.2.2.5 Màn hình thông tin giải trí

Hình ảnh camera lùi và các chướng ngại vật được hiển thị bởi hệ thống lái hỗ trợ đỗ xe trong quá trình đỗ Bộ điều khiển thiết lập một sơ đồ với các đoạn đường tương ứng với góc xoay của vô lăng Hệ thống cũng yêu cầu người lái chuyển số, và quan sát kiểm tra khu vực xung quanh để đảm bảo an toàn thông qua các hiển thị thông báo trên màn hình.

Hình 4 14 Còi cảnh báo cho hệ thống hỗ trợ đỗ xe

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	3,9 MB