Hệ thống lái trợ lực điện trên xe volkswagen xây dựng mô hình hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô

Là một trong những sinh viên của trường đại học GTVT Thành phố HCM, nhận thức được tầm quan trọng của việc học tập, nghiên cứu và việc làm sau này. Cùng với sự giúp đỡ dạy bảo tận tình của quý thầy cô trong suốt 4 năm học vừa qua. Nhóm chúng em càng hiểu thêm sâu sắc hơn về tiềm năng của ngành cơ khí ô tô đang theo học. Trên cơ sở kiến thức đã học 4 năm vừa qua, cộng với thời gian thực tập tai công ty TNHH TruckBus Trường Chinh, nhóm chúng em đã có cơ hội tìm hiểu và thực hành trên máy móc thiết bị hiện đại cũng như nắm được kiến thức về nhiều hệ thống trên ô tô. Dựa trên nền tảng đó nhóm chúng em nghiên cứu và phát triển đề tài hệ thống lái trợ lực điện.

TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Mục đích nghiên cứu

Ô tô đã trở thành phương tiện thiết yếu và phổ biến, với nhu cầu sử dụng ngày càng tăng Khách hàng không chỉ quan tâm đến mẫu mã và giá thành mà còn chú

Dựa trên kiến thức đã học và sự tìm tòi, nhóm chúng em đã nghiên cứu và chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện Mô hình này giúp làm rõ vai trò, ưu nhược điểm của hệ thống, đồng thời cung cấp thông tin về lợi ích mà hệ thống lái trợ lực điện mang lại cho xe Đề tài này không chỉ phục vụ cho quá trình học tập mà còn giúp mọi người hiểu rõ hơn về công nghệ lái xe hiện đại.

Hình 1.1 1 Volkswagen top 1 các hãng xe ô tô nổi tiếng

 Top đầu trong số các hãng xe ô tô nổi tiếng đó chính là Volkswagen

 Đây là tập đoàn sản xuất ô tô nổi tiếng đến từ Đức được thành lập vào năm 1937

 Vào năm 2018, Volkswagen đã vượt qua Toyota của Nhật và Renault-Nissan- Mitsubishi để dành được ngôi “Nhà sản xuất xe ô tô lớn nhất thế giới”

 Kỷ lục trong năm đó của Volkswagen là đã bán được 10,8 triệu xe.

Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới

Luận Văn Tốt Nghiệp Trang 2

Năm 1876, Fitts đã phát minh ra hệ thống lái trợ lực đầu tiên cho ô tô Đến năm 1903, hệ thống này được áp dụng trên xe tải Columbia 5 tấn, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ lái xe.

Vào ngày 03 tháng 04 năm 1900, Fobert E Twyford, cư dân Pittsburgh, Pennsylvania, Hoa Kỳ, đã đăng ký một phát minh quan trọng về hệ thống lái trợ lực cơ khí, nằm trong bằng sáng chế cho các hệ thống truyền động bốn bánh đầu tiên.

Năm 1951, Tổng công ty Chrysler đã ra mắt xe thương mại đầu tiên trang bị hệ thống lái trợ lực mang tên “Hydraguide” trên mẫu xe khách Chrysler Imperial Hệ thống này dựa trên các bằng sáng chế đã hết hạn của Davis Đến năm 1952, General Motors giới thiệu xe Cadillac với tay lái trợ lực, áp dụng công nghệ của Davis và sau đó đăng ký với tổng công ty Bendix, một nhà sản xuất phụ tùng ô tô.

* Năm 1965, Ford đã thử nghiệm với “wrist – twist instant steering” được trang bị Mercury Park Lanes thay thế cho tay lái lớn thông thường

Vào năm 1990, Toyota đã giới thiệu xe Toyota MR2 với hệ thống lái điện – thủy lực Đến năm 1994, Volkswagen cho ra mắt Mark 3 Golf Ecomatic với máy bơm điện, cho phép hệ thống lái trợ lực điện hoạt động ngay cả khi động cơ đã ngừng hoạt động để tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống điện – thủy lực hiện có trên nhiều mẫu xe như Ford, Volkswagen, Audi, Peugeot, Citroen, Seat, Suzuki, Opel, Mini, Toyota, Honda và Mazda.

Vào năm 2000, Honda đã ra mắt S2000 với hệ thống lái trợ lực điện thay đổi tỉ số truyền (VGS) đầu tiên trên thế giới Đến năm 2003, Toyota giới thiệu hệ thống lái trợ lực điện trên các mẫu xe Lexus LX 470 và Landcruiser Cygnus, đồng thời tích hợp hệ thống kiểm soát ổn định điện tử để điều chỉnh tỷ lệ bánh lái và mức độ hỗ trợ lái Cũng trong năm 2003, BMW đã trang bị hệ thống lái trợ lực điện cho dòng xe V của mình.

Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học công nghệ, đặc biệt là việc nghiên cứu các hệ thống ô tô, với trọng tâm là hệ thống HTL.

* Thạc sĩ Lê Thanh Nhàn [4], Nghiên cứu thiết kế chế tạo ECU điều khiển trợ lực lái điện Nội dung nghiên cứu chủ yếu của đề tài:

- Giới thiệu một cách khái quát các hệ thống lái điều khiển trợ lực, đặc tính và các

- Sau khi chế tạo hoàn thiện đã tiến hành thử nghiệm trên mô hình, việc thử nghiệm thực tế vẫn chưa thực hiện được

Đề tài này chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng vi điều khiển và các đặc tính hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện nhằm thiết kế hộp ECU điều khiển.

* Thạc sĩ Trần Văn Lợi [3], Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái Nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Ứng dụng phần mềm Labview để điều khiển cơ cấu lái không thông qua trục lái

- Tạo cảm giác lái của mô hình xác thực với cảm giác lái của hệ thống lái thực tế trên ô tô

Mô hình thiết kế với bánh xe dẫn hướng không tiếp xúc với mặt đường mang đến nhiều tính năng nổi bật, đặc biệt là ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển và tạo cảm giác lái dựa trên sức cản mặt đường Tuy nhiên, hệ thống vẫn gặp một số hạn chế về kỹ thuật và an toàn, như việc truyền động không thông qua trục lái, dẫn đến độ tin cậy chưa cao Hiện tại, đề tài chỉ dừng lại ở mức độ mô hình và thực nghiệm, chưa thể ứng dụng vào thực tế.

Đối tượng nghiên cứu

 Trọng tâm là mô hình thực tế hệ thống lái trợ lực điện

 Cấu tạo các chi tiết điển hình trên hệ thống lái trợ lực điện xe VW

 Nguyên lý trợ lực trong các trường hợp thay đổi vận tốc.

Phương pháp nghiên cứu

 Tham khảo các nguồn tài liệu trong nước cũng như ngoài nước đa phần là tài liệu tiếng Anh

 Tham khảo các trang Web về hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô

 Học hỏi, tích lũy kinh nghiệm từ giảng viên hướng dẫn

Thời gian nghiên cứu

 Giai đoạn 1: Chuẩn bị đề cương trong lúc còn thực tập tháng 09/2022

 Giai đoạn 2: Được duyệt của hội đồng viện Cơ khí sau nữa tháng

 Giai đoạn 3: Tiến hành tìm kiếm nguồn tài liệu liên quan, tóm tắt nội dung chính

 Giai đoạn 4: Viết tường trình và báo cáo kết quả.

Nội dung của luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Khảo sát động lực học quay vòng, Các thông số đánh giá hệ thống lái,

Hệ thống lái của xe ô tô bao gồm các thành phần chính như vô lăng, trục lái và cơ cấu lái, với cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái kiểu cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển phương tiện Hệ thống lái trợ lực thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng áp lực dầu để giảm lực tác động lên vô lăng, trong khi hệ thống lái trợ lực thủy lực – điện kết hợp cả hai công nghệ để tối ưu hóa hiệu suất Cuối cùng, hệ thống lái trợ lực điện sử dụng động cơ điện để hỗ trợ lái, mang lại cảm giác lái nhẹ nhàng và chính xác hơn.

Chương 3: Cấu tạo các thành phần của hệ thống lái trợ lực điện trên xe volkswagen,

Các kiểu bố trí trợ lực lái điện, Đánh giá hệ thống lái trợ lực điện trên xe Volkswagen

Chương 4: Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện

Chương 5: Xây dựng mô hình thực tế.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khảo sát động lực học quay vòng

2.1.1 Động lực học lái, điều kiện Ackerman

Khi một chiếc xe 4WS dẫn động bánh trước rẽ trái với tốc độ chậm, điều kiện động học giữa bánh xe bên trong và bên ngoài cho phép chúng quay mà không bị trượt Điều kiện này được gọi là điều kiện Ackerman, được thể hiện qua một công thức cụ thể.

𝑙 δi là góc lái của bánh xe bên trong δo là góc lái của bánh xe bên ngoài

Hình 2.1.1 1 Xe dẫn hướng phía trước và điều kiện Ackerman

Hình 2.1.1 2 Xe đẫn hướng phía trước và góc lái phía trong và phía ngoài

Từ 2 tam giác OAD và OBC: 2

𝑙 về điều kiện Ackerman đối với xe dẫn động bánh trước

Hình 2.1.1 4 Không gian cần thiết cho một chiếc xe hai trục quay

R max – bán kính quay vòng lớn nhất

R min – bán kính quay vòng nhỏ nhất

Khi góc quay của bánh xe trước bên trái và bên phải không đồng nhất, lốp xe bên trong hoặc bên ngoài sẽ bị trượt sang một bên, gây khó khăn trong việc quay xe một cách mượt mà Tình trạng này cũng dẫn đến hiện tượng mòn lốp không đều.

Với sự khác biệt trong góc quay của bánh xe bên phải và bên trái, cùng với sự đồng nhất với tâm quay của cả bốn bánh xe, độ ổn định của xe khi chạy trên đường vòng sẽ được cải thiện đáng kể.

2.1.2 Dẫn động cầu sau (RWD)

Hệ thống lái dẫn động cầu sau là lựa chọn lý tưởng cho các phương tiện có tốc độ thấp, như xe nâng hàng, nhằm nâng cao khả năng cơ động.

 Hệ thống lái dẫn động cầu sau không được sử dụng trên các phương tiện đường phố vì nó không ổn định ở tốc độ cao

 Tâm quay của xe dẫn động cầu sau luôn là một điểm trên trục trước

2.1.3 Vệt bánh xe trước và sau không bằng nhau

Vận tốc góc của xe là:

2 δ i = tan −1 2l(ω 0 + ω i ) ω f (ω 0 − ω i ) + ω r (ω 0 + ω i ) δ 0 = tan −1 2l(ω 0 − ω i ) ω f (ω 0 − ω i ) + ω r (ω 0 + ω i ) δi là góc lái của bánh xe bên trong δo là góc lái của bánh xe bên ngoài ω f – vệt bánh xe trước ω r – vệt bánh xe sau

Hình 2.1.2 1 Xe dẫn động cầu sau

Hình 2.1.3 1 Điều kiện lái động học cho một chiếc xe có các vệt khác nhau ở phía trước và phía sau

R 1 – khoảng cách ngang của O với tâm trục

Đối với xe đua, lốp sau thường lớn và rộng hơn để cải thiện khả năng bám đường và ổn định Trong khi đó, xe đường phố thường sử dụng lốp giống nhau ở cả hai trục, nhưng lốp sau thường lớn hơn vài cm.

2.1.4 Xe có nhiều hơn hai trục cotδ 2 − cotδ 1 = w a 1 + a 3 cotδ 3 − cotδ 6 = w a 2 + a 3

Hình 2.1.4 1 đánh lái của xe ba trục

Tâm trục trước và khối tâm xe quay quanh O bán kính 𝑅 𝑓 và R

Khi xe có nhiều hơn hai trục, ít nhất một trục phải có khả năng lái để tránh trượt ở vận tốc bằng không Đối với xe có n cầu, cần có (n-1) cầu dẫn hướng để quay vòng không trượt bên Ví dụ, một chiếc xe ba trục với hai trục có thể điều khiển Nếu xe nhiều trục chỉ có một trục điều khiển, bánh xe không lái sẽ không thể quay trơn trượt, như trường hợp của một chiếc xe sáu bánh chỉ có một trục lái phía trước.

Ta thiết kế cơ cấu lái với tâm quay O nằm trên đường giữa, giữa hai trục sau Chiều dài động học của xe l là khoảng cách giữa trục trước và đường giữa.

Hình 2.1.4 2 Xe sáu bánh với một trục có thể điều khiển được ở phía trước

Giả sử chiều dài của moóc kéo là b1, đoàn xe có khả năng quay vòng với bán kính Rmax, tức là đoàn xe thực hiện vòng quay tại góc quay lớn nhất của các bánh xe dẫn hướng moóc kéo.

Hình 2.1.5 1 Xe với 1 trục rơ-mooc

Khi đó bán kính quay vòng Rmax cũng được xác định theo công thức

Để đảm bảo quá trình quay vòng không bị trượt bên, đường tâm kéo dài của các trục bánh xe moóc kéo cần phải giao nhau tại một điểm cụ thể, được gọi là tâm quay vòng.

Hình 2.1.5 2 Xe hai trục có rơ moóc được lái theo điều kiện Ackerman

4WS – Bánh trước và bánh sau lái cùng chiều

Tam giác OAE và OBF tanδ if = c 1

2w f + c 1 tanδ of Hai tam giac ODG và OCH

2 Trong đó: δ if – góc lái phía trong của bánh trước

Hình 2.1.6 2 4WS - bánh trước và bánh sau lái cùng chiều

Hình 2.1.6 1 4WS - bánh trước và bánh sau lái ngược chiều nhau

2w r + c 2 tanδ or c 1 − c 2 = 𝑙 w f cotδ of − cotδ if − w r cotδ or − cotδ ir = 𝑙 Hình 2.1.6 3 Ký hiệu quy ước về góc lái

Luận Văn Tốt Nghiệp Trang 13 δ of – góc lái phía ngoài của bánh trước

𝛿 𝑖𝑟 - góc lái phía trong của bánh sau

𝛿 𝑜𝑟 – góc lái phía ngoài của bánh sau ω f – vệt bánh xe trước ω r – vệt bánh xe sau cotδ or − cotδ ir = w r c 2

4WS – Bánh trước và bánh sau lái ngược chiều

Hình 2.1.6 5 Lái bốn bánh “Âm” bên trái

Hình 2.1.6 4 Lái bốn bánh “dương” bên trái

Tam giác OAE và OBF tanδ if = c 1

Hai tam giac ODG và OCH

Khi xe vào cua, sự mất ổn định có thể xảy ra do các yếu tố như lực ngang, lực ly tâm, vận tốc và bán kính quay vòng Hệ thống dẫn động bốn bánh (4WS) có hai yếu tố chính ảnh hưởng đến sự ổn định, đó là thành phần lực ngang và chiều dài lái (Ls).

Lực ngang lực chỉ xuất hiện khi các điều kiện vận hành của bánh xe không đồng nhất, chẳng hạn như độ mấp mô của mặt đường, áp suất lốp khác nhau giữa các bánh xe, hoặc khi xe đánh lái, dẫn đến vận tốc khác nhau giữa bánh lái phía trong và phía ngoài Những yếu tố này là nguyên nhân chính gây ra lực ngang tại bánh xe và thân xe.

 Ls nằm trong khoảng -1 đến 1 khi cầu trước và cầu sau lái ngược hướng

 Ls > 1 khi cả cầu trước và cầu sau cũng đánh lái bên phải cotδ of − cotδ if =w f c 1

2w r + c 2 tanδ or c 1 − c 2 = 𝑙 w f cotδ of − cotδ if − w r cotδ or − cotδ ir = 𝑙

 Ls < -1 khi cả cầu trước và cầu sau cùng đánh lái qua bên trái

 Khi chạy tốc độ cao bánh xe cầu sau đánh lái cùng hướng với bánh xe cầu trước

 Tốc độ thấp bánh xe cầu sau đánh lái ngược hướng với bánh xe cầu trước.

Các thông số đánh giá hệ thống lái

Để đánh giá hệ thống lái, sử dụng các thông số sau:

 Tỷ số truyền động học và tỷ số truyền lực của hệ thống lái (gồm của cơ cấu lái và dẫn động lái )

 Khe hở ăn khớp trong hệ thống lái

 Hiệu suất của hệ thống lái

2.2.1 Tỷ số truyền động học và tỷ số truyền lực của dẫn động

 Tỷ số truyền động học của dẫn động:

Tỷ số truyền 𝑖 𝜃𝑑 được xác định là tỷ lệ giữa vi phân góc quay của đoàn lái đứng (𝑑𝛀 𝑑𝑙) và vi phân nửa tổng góc quay (𝛼 và 𝛽) của các bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong.

 Tỷ số truyền lực của dẫn động:

𝑖 𝑙𝑑 −là tỷ số giữa mô men cản quay vòng (Mcbx ) của bánh xe dẫn hướng và mô men cản quay vòng trên trục đoàn lái đứng ( M ctdl )

𝑖 𝑙𝑑 −phụ thuộc vào sơ đồ dẫn động lái và vị trí các thanh lái

 Tỷ số truyền động học cơ cấu lái ( tỷ số truyền góc của cơ cấu lái ):

𝑖 𝜃𝑐𝑐 −là tỷ số giữa vi phân góc quay vành lái (𝑑𝛀 𝑣𝑙 ) và vi phân góc quay đòn lái đứng ( 𝑑𝛀 𝑑𝑙 )

→ Tỷ số truyền động học của hệ thống lái (𝑖 𝜃ℎ𝑡 ):

Với cơ cấu kiểu hiện đại, 𝑖 𝜃ℎ𝑡 thường bằng:

2.2.2 Hiệu suất của hệ thống lái

Hiệu suất (𝛈 𝑙 ) của hệ thống lái được đánh giá bằng tích:

𝛈 𝑙 = 0.67 ÷ 0.82 khi truyền lực từ vành lái → bánh xe dẫn hướng ( 𝛈 𝑙 thuận )

𝛈 𝑙 = 0.58 ÷ 0.63 khi truyền lực từ bánh xe dẫn hướng → vành lái ( 𝛈 𝑙 nghịch )

𝛈 𝑑𝑑 được đánh giá bằng tổn thất do ma sát trong các khớp quay ở các thanh lái và bánh xe dẫn hướng

Nếu bỏ qua ma sát trong các khâu ( ổ bi, khớp cầu…) , và coi tổn thất của hệ thống chính là tổn thất trong cơ cấu lái, thì:

𝑀 𝑟1 - Mô men ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục vành lái

𝑀 𝑟2 - Mô men ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục đòn quay đứng

𝑀 𝑣𝑙 - Mô men xoắn tác dụng trên vành lái

𝑀 𝛀 - Mô men đặt vào trục đòn quay đứng được truyền từ bánh xe dẫn hướng

+ để lái xe điều khiển nhẹ nhàng 𝛈 𝑡 càng lớn càng tốt

+ Mặt khác, khi 𝛈 𝑛 lớn → tính chất tự hãm của cơ cấu lái ↓ , → lực va đập truyền lên vành lái lớn

Nếu 𝛈 𝑛 nhỏ, va đập từ mặt đường không bằng phẳng sẽ giảm bớt lên vành lái, nhưng điều này lại làm giảm khả năng chuyển động ổn định do mô men quán tính của bánh xe dẫn hướng tăng lên, khiến bánh xe dẫn hướng khó trở về vị trí trung gian.

+ để ↑ tính ổn định của bánh xe dẫn hướng và cảm giác của lái xe với mặt đường : cần ↑ 𝛈 𝑛

+ để ↓ va đập từ đường lên vành lái: cần ↓ 𝛈 𝑛

2.2.3 Khe hở ăn khớp của hệ thống lái

Khe hở trong các khâu của hệ thống lái cần được duy trì ở mức thấp nhất cho phép để đảm bảo không ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của bánh xe dẫn hướng.

Khi làm việc, bề mặt các cặp chi tiết thường bị mài mòn, đặc biệt là tại vị trí xe đi thẳng Tại vị trí này, khe hở ăn khớp là nhỏ nhất (∆≈ 0) và sau đó tăng dần về hai phía, đạt khoảng từ 25 đến 30 độ.

∆ 𝑚𝑖𝑛 tại vị trí trung gian:

+ làm tăng độ nhạy điều khiển

+ quá trình điều khiển được chính xác khi ô tô chạy trên đường tốt, tốc độ cao

- Quy luật thay đổi ∆ để khi điều chỉnh , bù trừ được sự mài nòn ở phần giữa mà không gây kẹt khi quay vòng về hai phía.

Công dụng, yêu cầu và phân loại của hệ thống lái

2.3.1 Công dụng của hệ thống lái

Hệ thống lái là thành phần quan trọng trong việc điều khiển hướng di chuyển của ô tô, giúp thay đổi hoặc duy trì hướng đi theo ý muốn của người lái Nó hoạt động phối hợp với các hệ thống điều khiển khác để đảm bảo sự ổn định và an toàn trong quá trình vận hành phương tiện.

Luận văn tốt nghiệp trang 18 nêu rõ rằng việc điều khiển ô tô không chỉ là một kỹ năng cần thiết mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi xe di chuyển.

2.3.2 Yêu cầu của hệ thống lái

 Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:

Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác trong hệ thống lái, hành trình tự do của vô lăng cần có khe hở nhỏ khi vô lăng ở vị trí trung gian Cụ thể, khe hở này không được lớn hơn 150 mm khi có trợ lực và không quá 50 mm khi không có trợ lực.

+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động

 Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé

 Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật

Điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện, lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn ngành.

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150 - 200 N;

+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N

Đảm bảo tỉ lệ hợp lý giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay của bánh xe dẫn hướng là rất quan trọng để duy trì cảm giác đường Đồng thời, cần có sự tương ứng động học chính xác giữa góc quay của vô lăng và bánh xe dẫn hướng để đảm bảo hiệu suất lái xe tối ưu.

2.3.3 Phân loại hệ thống lái

- Loại trục vít – cung răng

- Loại trục vít – con lăn

- Loại trục vít –ecu – cung răng

- Loại trục vít – chốt quay

- Loại bánh răng, thanh răng

 Theo cách bố trí tay lái (vô lăng lái)

Theo cách bố trí tay lái hệ thống lái được phân thành:

- Hệ thống lái có tay lái bố trí bên phải ( dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động là bên trái )

Hệ thống lái với tay lái bên trái được thiết kế cho các quốc gia có luật giao thông quy định chiều chuyển động bên phải, mà hiện nay là đa số các nước trên thế giới.

 Theo số lượng bánh dẫn hướng

Theo số lượng bánh dẫn hướng hệ thống lái được phân thành:

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

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng hai cầu

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

 Theo tính chất của cơ cấu lái

Theo tính chất của cơ cấu lái, hệ thống lái được phân thành:

- Hệ thống lái không có trợ lực

- Hệ thống lái có trợ lực Đối với hệ thống lái có trợ lực còn được phân ra:

+ Loại trợ lực bằng thuỷ lực ( đang loại bỏ )

+ Loại trợ lực bằng điện ( phổ biến )

+ Trợ lực khí nén, trợ lực cơ khí ( rất không phổ biến )

+ Loại trợ lực thủy lực – điện.

Các thành phần chính của hệ thống lái

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:

Vô lăng lái là bộ phận quan trọng trong việc điều khiển phương tiện, giúp người lái duy trì hướng di chuyển hoặc thay đổi hướng theo ý muốn Khi người lái xoay vô lăng, nó sẽ kích hoạt các thành phần khác trong hệ thống lái, đảm bảo ô tô di chuyển đúng hướng mà người lái mong muốn.

+ Trong trục lái có cơ cấu hấp thụ và va đập Cơ cấu này sẽ hấp thụ lực va đập tác động lên người lái khi bị tai nạn

Cơ cấu hấp thụ va đập là một yếu tố quan trọng giúp giảm thiểu thương tích cho người lái trong trường hợp xảy ra tai nạn Các loại cơ cấu hấp thụ va đập bao gồm: giá đỡ uốn, bi cao su, cơ cấu ăn khớp và ống xếp, mỗi loại đều có chức năng riêng trong việc bảo vệ an toàn cho người sử dụng xe.

Các đăng lái là trục truyền động trung gian giữa trục lái và cơ cấu lái, cho phép truyền động hiệu quả giữa các trục không đồng tâm và điều chỉnh góc truyền động trong quá trình hoạt động.

Cơ cấu lái là hệ thống sử dụng các bộ truyền động như bánh răng và trục vít đai ốc để chuyển đổi mô men lái và hướng quay từ vô lăng, sau đó truyền đến bánh xe.

Hình 2.4 2 Trục lái Hình 2.4 1 Vô lăng lái

Luận Văn Tốt Nghiệp Trang 21 hệ thanh đòn dẫn động lái làm xe quay vòng

Cơ cấu lái cần phải đảm bảo các yêu cầu:

+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe

Để đảm bảo hiệu suất lái nhẹ và cao, cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch, giúp giữ lại phần lớn va đập từ mặt đường trong 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

Dẫn động lái là cơ chế quan trọng trong việc truyền chuyển động từ hệ thống lái đến các bánh xe dẫn hướng, đảm bảo động học quay vòng cần thiết cho xe.

Cơ cấu dẫn động lái bao gồm các thanh dẫn động và khớp liên kết, được thiết kế khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc khung gầm của từng loại xe.

Hình 2.4 4 Trục vít – đai ốc bi tuần hoàn Hình 2.4 5 Trục vít lõm con lăn

Hình 2.4 6 Trục vít con lăn

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống lái kiểu cơ khí

Vô lăng lái và trục lái là những thành phần quan trọng trong cơ cấu lái, bao gồm trục vit – bánh vít, đoàn quay đứng, đòn kéo dọc, đòn bên, đoàn ngang

Hình 2.5.1 1 hệ thống lái kiểu cơ khí

Khi ôtô quay vòng sang bên phải, người lái cần quay vô lăng theo chiều kim đồng hồ Quá trình này diễn ra qua cơ cấu lái, bao gồm trục vít và bánh răng hình quạt, cùng với các thành phần như đòn quay, thanh kéo dọc và đòn quay ngang Những chuyển động này làm cho bánh xe bên trái quay quanh trục đứng, trong khi bánh xe bên phải cũng chuyển động theo chiều quay của vô lăng nhờ vào thanh nối và đòn đẩy.

2.5.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống lái kiểu cơ khí

 Ưu điểm: Về cơ bản thì hệ thống thuần lái cơ khí đáp ứng được yêu cầu ban đầu

Hình 2.4 7 Dẫn động lái trong hệ thống treo phụ thuộc

Hình 2.4 8 Dẫn động lái trong hệ thống treo độc lập

Luận Văn Tốt Nghiệp Trang 23 để xe chuyển động trên đường đảm bảo các bánh xe ít bị trượt khi quay vòng

Nhược điểm của hệ thống lái hiện tại là người lái phải sử dụng toàn bộ năng lượng để quay vòng bánh xe khi di chuyển, dẫn đến sự không hiệu quả Bên cạnh đó, khối lượng và kích thước của các chi tiết cơ khí chưa được tối ưu, khiến cho cơ cấu trở nên cồng kềnh và nặng nề, chiếm nhiều không gian trong thiết kế Hơn nữa, sự va chạm khi xảy ra sự cố có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến người sử dụng và các linh kiện bên trong xe, điều này là khó tránh khỏi.

Công dụng, yêu cầu và phân loại của hệ thống lái có trợ lực

2.6.1 Công dụng của hệ thống lái có trợ lực

Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) sử dụng động cơ điện để hỗ trợ việc đánh lái, thay thế cho các hệ thống cơ khí và thủy lực truyền thống EPS mang lại nhiều lợi ích như giảm lượng CO2 thải ra, tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả hơn, tăng tốc độ vận hành và cải thiện trải nghiệm người dùng.

Hệ thống trợ lực thủy lực sử dụng áp suất dầu để hỗ trợ việc chuyển hướng lái bánh xe, giúp người lái điều khiển dễ dàng hơn Đây là hệ thống vòng kín sử dụng chất lỏng thủy lực điều áp, cho phép thay đổi góc bánh xe trước theo góc lái của người điều khiển Hệ thống này hiện đang được trang bị phổ biến trên hầu hết các mẫu xe trên thị trường.

2.6.2 Yêu cầu của trợ lực lái

 Trong mọi tình huống lái xe phải vận hành an toàn, trợ lực lái ngay lập tức khi cần thiết

 Tiếp nhận và xử lý thông tin nhanh, chính xác trong mọi điều kiện lái xe

 Các thao tác lái, cơ cấu làm việc phải hạn chế tiếng ồn tối thiểu

 Đặc tính lái ổn định, phù hợp với từng dòng xe

 Khi hệ thống trợ lực lái hỏng thì hệ thống lái vẫn điều khiển được như hệ thống lái cơ khí thông thường;

 Kết cấu hệ thống trợ lực phải đơn giản, dễ chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa

2.6.3 Phân loại của hệ thống lái trợ lực

 Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS)

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

 Hệ thống lái trợ lực điện(EPS).

Các thông số đánh giá

Chỉ tiêu hiệu quả tác dụng của trợ lực ký hiệu ∋ chỉ tiêu này đánh giá bằng biểu thức:

𝑃 𝑣𝑙 (𝑃 𝑣𝑙 ∗ ) – lực đặt trên vành lái khi không có ( có ) trợ lực

𝑃 𝑡𝑙 - lực do trợ lực tạo ra, quy dẫn lên vành lái

∋= 1-1.5 ∋ đặc trưng cho hiệu quả làm việc của trợ lực

Chỉ tiêu về cảm giác Ký hiệu 𝜌

𝜌- hệ số cảm giác, đặc trưng cho khả năng cảm giác với mặt đường khi lái xe :

𝑑𝑃 ∗ - vi phân lực tiếp tuyến đặt trên vành lái khi quay vòng , có trợ lực

𝑑𝑀 𝑐 - vi phân mô men cản quay vòng ở bánh xe dẫn hướng

Chỉ tiêu về độ nhạy cảm Độ nhạy cảm là thông số về lực tiếp tuyến đặt trên vành lái

𝑃 𝑣𝑙 ∗ và góc quay vành lái 𝛀 𝒗𝒍 ứng với thời điểm trợ lực bắt đầu làm việc

Hệ thống lái trợ lực thủy lực HPS

2.8.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thủy lực

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thủy lực dựa trên việc khi vô lăng quay, bơm thủy lực sử dụng năng lượng từ động cơ để tạo ra áp suất Khi vô lăng ở vị trí trung hòa, van điều khiển cũng ở vị trí này, khiến dầu từ bơm không vào xilanh mà trở lại bình chứa Khi vô lăng quay, van điều khiển thay đổi hướng, cho phép dầu chảy vào một buồng, trong khi dầu ở buồng đối diện bị đẩy ra ngoài Áp lực dầu này giúp dịch chuyển thanh răng, làm giảm lực cần thiết để đánh lái.

2.8.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thủy lực Ưu điểm: được nhắc đến đầu tiên đó là chi phí sản xuất thấp Do đã xuất hiện và được kiểm chứng từ rất lâu trên mọi thị trường về các kết cấu có cơ khí có độ tin cậy cao, tuổi thọ cao và rất ít khi bị hư hỏng Bên cạnh đó, những ưu điểm dưới đây giúp trợ lực lái thủy lực vẫn đang tồn tại Trong quá trình lái, tài xế có thể dễ dàng cảm nhận được lực phản hồi truyền ngược lên vô lăng Hệ thống trợ lực này ít bị hỏng hóc nên chi phí bảo dưỡng cũng rất thấp

Nhược điểm lớn nhất của hệ thống trợ lực lái thủy lực là khi di chuyển với tốc độ cao, cần công suất lớn, khiến tay lái trở nên nhạy quá mức do áp lực dầu tăng cao Hệ thống này cũng chiếm nhiều không gian do cấu tạo gồm các bộ phận kích thước lớn Việc duy trì hoạt động liên tục làm tiêu hao nhiên liệu nhiều và độ chính xác không cao.

Hình 2.8.1 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hình 2.8.1 1 Cấu tạo bộ trợ lực thủy lực

Luận Văn Tốt Nghiệp Trang 26 là một tác nhân gây ô nhiễm môi trường

Hệ thống trợ lực thủy lực hiện tại chỉ hỗ trợ người lái trong việc điều khiển nhẹ nhàng, do đó vẫn tồn tại một số hạn chế cần khắc phục.

Hệ thống hoạt động dựa trên hai thông số chính là mô men và góc quay của trục lái do người điều khiển tác động Tuy nhiên, hệ thống này chỉ cung cấp mặt trợ lực mà chưa điều chỉnh được tỷ số truyền lực theo tốc độ của xe.

Tỷ số truyền động học hiện tại gặp nhiều hạn chế, với yêu cầu tỷ số thấp ở tốc độ thấp để quay vòng hiệu quả, trong khi ở tốc độ cao, cần tỷ số cao để phản ứng nhạy bén hơn Khi thực hiện các vòng quay, người lái phải xoay vô lăng nhiều lần, điều này càng trở nên khó khăn hơn khi hệ thống trợ lực gặp sự cố, khiến lực điều khiển trở nên nặng nề hơn do phải khắc phục lực cản từ dầu trong hệ thống.

Hệ thống lái trợ lực thủy lực - điện EHPS

EHPS (Electric Hydraulic Power Steering) là hệ thống lái trợ lực sử dụng mô-tơ để tạo áp suất thủy lực, giúp giảm lực điều khiển vô lăng Hệ thống này không chỉ giảm tải cho động cơ mà còn nâng cao hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu ECU (Electronic Control Unit) đảm nhận việc kiểm soát tốc độ quay của mô-tơ và lượng xả của bơm dựa trên các thông số như tốc độ xe và góc quay của vô lăng.

2.9.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thủy lực – điện

Hệ thống EHPS bao gồm các thành phần chính như vô lăng, cột lái, hộp số lái, bình dầu, bộ điều khiển, bơm dầu thủy lực, máy điện, cảm biến tốc độ xe và cảm biến vận tốc góc của vô lăng.

HÌnh 2.9.1 1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực thủy lực – điện

2.9.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống lái EHPS

Hệ thống lái trợ lực điện EPS

2.10.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện

Hình 2.10.1 1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện

Theo định luật Newton, các phương trình điều khiển chuyển động cho EPS có nguồn gốc như sau:

(1) Phương trình chuyển động của trục lái được biểu thị như sau:

𝑟 𝑠 ) Trong đó: θs là góc trục lái

Js là quán tính quay của trục lái

Bs là hệ số giảm xóc trục lái

Ts là mô-men xoắn thực tế của trục lái

Td là mô-men xoắn đầu vào trục lái

Ks là hệ số độ cứng trục lái xr là dịch chuyển thanh răng rs là bán kính bánh răng

(2) Phương trình chuyển động của thanh răng và bánh răng được biểu thị như sau:

𝑖 𝑠 Trong đó mr là khối lượng hiệu quả của thanh răng và lốp

Br là hệ số giảm xóc thanh răng,

Fr là lực cản của hệ thống lái,

Km là độ cứng xoắn động cơ,

Gm là tỷ số truyền của bộ giảm tốc động cơ,

Kkp là hệ số độ cứng của thanh răng với tay lái,

Gr là tỷ số truyền của thanh răng đến vô lăng, is là tổng tỷ số truyền của hệ thống lái

(3) Phương trình chuyển động của mô tơ trợ lực được biểu thị như sau:

Trong đó θm là góc mô tơ trợ lực, i là dòng phần ứng mô tơ,

Jm là quán tính quay mô tơ,

Bm là hệ số giảm xóc mô tơ,

Ka là hệ số mô-men xoắn mô tơ,

Kv là hệ số EMF của mô tơ,

L là cuộn dây mô tơ,

R là điện trở phần ứng,

Um là điện áp đầu cuối mô tơ

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện là khi lực lái tác động vào bánh xe, cảm biến mô-men xoắn trên trục lái sẽ đo lường mô-men xoắn và gửi thông tin đến ECU Dựa trên mô-men xoắn và tốc độ xe, ECU sẽ tính toán để cung cấp dòng điện tối ưu cho động cơ trợ lực Đồng thời, ECU cũng thu thập các tín hiệu theo thời gian thực như mô-men xoắn đầu vào, tốc độ, điện áp và dòng điện.

Rôto của động cơ hỗ trợ và điều chỉnh dòng điện đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển mô-men xoắn và hướng quay của động cơ, giúp người lái dễ dàng hơn trong việc đánh lái và nâng cao trải nghiệm lái xe Hệ thống được trang bị mô-đun chẩn đoán lỗi, giám sát tất cả các thành phần trong thời gian thực Khi phát hiện lỗi, hệ thống sẽ tự động ngắt ly hợp, chuyển sang chế độ lái thủ công và phát tín hiệu lỗi để đảm bảo an toàn cho người lái.

2.10.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện

Khi lái xe với tốc độ cao, cảm giác an toàn trở nên rõ ràng hơn, và vô lăng sẽ trở nên nặng hơn, giúp người lái kiểm soát tốt hơn Hệ thống trợ lực lái điện mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng điều chỉnh độ nặng của vô lăng theo tốc độ, tạo cảm giác lái ổn định và an toàn hơn.

Motor điện tiết kiệm nhiên liệu khoảng 2-3% bằng cách lấy năng lượng từ máy phát và ắc-quy, thay vì sử dụng bơm dầu để trích công suất từ động cơ Hơn nữa, motor chỉ hoạt động khi cần trợ lực, giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng.

Hệ thống lái hiện đại được tích hợp điện tử, kết nối chặt chẽ với hệ thống phanh và treo thông qua mạng giao tiếp giữa các ECU, đảm bảo xe hoạt động hiệu quả và an toàn nhất cho người sử dụng.

Càng hiện đại thì càng khó sửa chữa, thay thế, cũng như chi phí cao, và dưới đây là những nhược điểm của chúng:

 Có cấu tạo phức tạp: Hệ thống trợ lực điện được cấu tạo nhiều chi tiết hơn trợ lực lái thủy lực

Độ tin cậy của thiết bị điện như cảm biến và motor thường không cao, điều này dẫn đến những đánh giá không tích cực về sự tin tưởng của chúng Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là thiết bị thường xuyên hư hỏng.

Khi xe di chuyển chậm, cảm giác lái trở nên nhẹ, gây khó khăn trong việc điều khiển, đặc biệt trên những đoạn đường xấu Hiện tượng này khó khắc phục do giới hạn tối thiểu công suất của motor, khiến người lái không thể cảm nhận rõ bề mặt đường.

Hệ thống trợ lực điện có chi phí sản xuất và bảo dưỡng cao hơn do ít khi cần kiểm tra Tuy nhiên, khi xảy ra hư hỏng phần cứng, thường phải thay mới toàn bộ, dẫn đến chi phí sửa chữa cao hơn.

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE

Cấu tạo các thành phần của hệ thống lái trợ lực điện trên xe volkswagen

3.1.1 Cảm biến mô men xoắn ( loại từ tính )

Hình 3.1.1 1 Cảm biến mô men xoắn ( loại từ tính )

Chức năng của hệ thống là phát hiện sự xoay của thanh xoắn và tính toán momen tác dụng lên thanh xoắn thông qua sự thay đổi điện áp Điện áp này sẽ được truyền về ECU EPS để xử lý.

Mô men lái, do người lái tác dụng vào vô lăng, là yếu tố quan trọng để tính toán lực trợ lực từ hệ thống lái Để đo mô men lái, bánh răng lái sử dụng bộ tín hiệu mô men lái G269, giúp so sánh chuyển động quay tương đối của trục đầu vào với bánh răng lái Kết quả này được chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra điện.

Trục đầu vào của tay lái và bánh răng lái được liên kết qua cảm biến mô-men xoắn thông qua một thanh xoắn có độ cứng xoắn xác định Vòng nam châm mười sáu cực (tám cặp cực) được lắp đặt trên trục lái đầu vào và quay cùng với trục, giúp cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển.

Stato có tám vấu nằm trên bánh răng lái và quay cùng với nó Ở vị trí còn lại, các vấu stato được đặt chính xác giữa các cực nam và cực bắc của vòng nam châm.

Các cảm biến Hall được cố định trên vỏ và không xoay

Cảm biến hoạt động không tiếp xúc dựa trên nguyên tắc từ trở, với chiều cao và sự liên kết của dòng từ giữa stato 1 và stato 2 được sử dụng để đo trực tiếp mômen lái Mômen lái được đo bằng hai cảm biến Hall tuyến tính theo cấu hình dự phòng Tín hiệu từ cảm biến Hall thay đổi giữa vị trí 0 và vị trí tối đa tùy thuộc vào mômen lái và góc xoắn được áp dụng.

 Vị trí 0: Khi cảm biến mômen ở vị trí không, các răng của stato 1 và stato 2 nằm chính xác giữa hai cực từ

Hình 3.1.1 2 Cấu tạo Cảm biến mô men xoắn ( loại từ tính )

Hình 3.1.1 3 Cảm biến mô men xoắn ở vị trí “0”

Do đó, cả stator 1 và stator 2 đều không có hướng bắc hoặc nam Một từ trường không thể hình thành giữa hai stato

Cảm biến Hall hoạt động với điện áp đầu vào 5V Khi không có từ trường giữa hai stato, cảm biến sẽ phát tín hiệu ở mức 2,5V.

Khi người lái quay vô lăng, góc xoắn giữa trục lái đầu vào và bánh răng lái sẽ được tạo ra Vòng nam châm quay so với stato 1 và 2, và khi tám vấu trên stato 1 chính xác nằm trên các cực bắc, trong khi tám vấu của stato 2 nằm trên các cực nam của vòng nam châm, cảm biến đạt đến vị trí cực đại Điều này có nghĩa rằng stato 1 đang hướng về phía bắc và stato 2 đang hướng về phía nam.

Một từ trường được hình thành giữa hai stato và được đo bằng cảm biến Hall, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện Cảm biến Hall A có điện áp tối đa là 4,5V, trong khi cảm biến Hall B cung cấp điện áp tối thiểu là 0,5V.

Hình 3.1.1 4 Cảm biến mô men xoắn ở vị trí “Max”

Theo hướng ngược lại, cảm biến Hall A có điện áp 0,5V và cảm biến Hall B có điện áp 4,5V

Nếu bộ tín hiệu mô men lái bị lỗi, hộp lái sẽ cần được thay thế Hệ thống hỗ trợ lái sẽ ngừng hoạt động nếu nhận ra lỗi

Sự vô hiệu hóa trợ lực lái điện không xảy ra đột ngột mà diễn ra "nhẹ nhàng" Để đạt được sự vô hiệu hóa này, tín hiệu thay thế mômen lái được tính toán dựa trên góc lái và rôto của động cơ điện Khi có lỗi, đèn cảnh báo trợ lực lái điện cơ K161 sẽ sáng đỏ.

Hình 3.1.2 1 Cảm biến góc lái

Chức năng: Tín hiệu góc lái cung cấp tín hiệu góc lái cho bộ điều khiển điện tử cột lái J527 thông qua dữ liệu CAN

Bộ phận điều khiển điện tử của cột lái chứa các thiết bị điện tử để đánh giá các tín hiệu

Khi cảm biến gặp sự cố, một chương trình dự phòng sẽ được kích hoạt để đảm bảo hoạt động Tín hiệu mất sẽ được thay thế bằng giá trị dự phòng, giúp duy trì hỗ trợ lái hoàn toàn Lỗi sẽ được hiển thị qua đèn cảnh báo của hệ thống trợ lực lái điện cơ K161.

Các thành phần cơ bản của bộ cảm biến góc lái là:

+ Một đĩa mã hóa với hai vòng mã: vòng tuyệt đối bên ngoài và vòng tương đối bên trong

+ Mỗi bộ cản sáng có một nguồn sáng và một cảm biến quang học

Hình 3.1.2 2 Nguyên lý làm việc của cảm biến góc lái

Vòng tương đối được chia thành 5 đoạn, mỗi đoạn có góc 72 độ và được đọc bởi bộ chắn sáng Trong khi đó, vòng tuyệt đối xác định góc và được đọc bởi 6 bộ cản sáng.

Nó nhận biết khi vượt quá 360 ° tức là một lần quay vô lăng đã hoàn thành Tín hiệu góc lái được thiết kế để cho phép quay vô lăng 2,76

Nếu chỉ quan sát vòng tương đối để đơn giản hóa vấn đề, thì nguồn sáng nằm ở một bên và cảm biến quang học ở phía bên kia

Khi ánh sáng chiếu vào cảm biến qua một khe hở, điện áp tín hiệu được tạo ra Ngược lại, khi nguồn sáng bị che, điện áp sẽ giảm xuống.

Mô tơ điện của trợ lực lái là loại mô tơ một chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu, kết hợp với bộ truyền động của hệ thống trợ lực Mô tơ chấp hành này có vai trò tạo ra mô men trợ lực theo chỉ đạo của ECU, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Mô tơ cần cung cấp mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng, đồng thời phải được trang bị cơ cấu đảo chiều quay để ứng phó với các sự cố xảy ra.

+ Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc

- Do vậy Mô tơ điện có các đặc điểm:

+ Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản

+ Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển

+ Dao động và tiếng ồn nhỏ

+ Độ an toàn và độ bền cao

Mô tơ lái trợ lực cơ điện được lắp đặt song song với thanh răng trong hộp cơ cấu lái, giúp truyền lực hỗ trợ lái đến hộp số bi tuần hoàn thông qua dây đai có răng.

Mô tả nguyên lý hoạt động

Sơ đồ cho thấy một cột lái được chia thành một phần trên và một phần dưới

Bộ tín hiệu mô men lái được tích hợp ở phần trên, trong khi bộ tín hiệu vị trí lái được đặt ở phần dưới

Hình 3.1.7 2 Bộ điều khiển điện tử ECU

Hình 3.2 1 Mô tả nguyên lý hoạt động

Khi người lái xe bẻ lái, thanh xoắn và bộ truyền mômen lái quay đồng thời, cung cấp tín hiệu cho bộ phận điều khiển về độ lớn và hướng mômen tác dụng lên vô lăng Bộ phận điều khiển sẽ tính toán mômen xoắn hỗ trợ cần thiết từ các tín hiệu nhận được và kích hoạt động cơ điện Toàn bộ mômen xoắn tác dụng lên vô lăng cùng với mômen xoắn trợ lực tạo thành mômen tác động lên cơ cấu lái.

Khi người lái xe tăng mô-men xoắn lên vô lăng, động cơ điện sẽ tự động tăng cường hỗ trợ mô-men xoắn, giúp bánh lái xoay một cách dễ dàng hơn.

Khi người lái xe giảm mômen xoắn lên vô lăng, lực xoắn của thanh xoắn cũng giảm, dẫn đến tín hiệu mô men lái thấp hơn cho bộ phận điều khiển Bộ phận này sẽ giảm mô-men xoắn trợ lực bằng cách kích hoạt động cơ điện Hệ thống lái cố gắng khôi phục bánh xe về vị trí thẳng phía trước, và nếu mômen qua cơ cấu lái lớn hơn tổng mômen xoắn tác dụng lên vô lăng và mômen trợ lực, hệ thống sẽ tự động quay tay lái trở lại vị trí đi thẳng.

Khi người lái nhả vô lăng trong quá trình vào cua, lực căng trên thanh xoắn được giải tỏa và thiết bị điện tử sẽ tắt động cơ điện, dẫn đến việc hỗ trợ mô-men bị ngừng lại.

Nếu xe không di chuyển thẳng, tín hiệu vị trí lái sẽ được kích hoạt Lúc này, mô-tơ điện sẽ được kích hoạt để điều chỉnh hướng lái, giúp xe quay về vị

Các kiểu bố trí trợ lực lái điện

3.3.1 Cụm trợ lực lắp trên trục lái

Hình 3.3.1 1 Cụm trợ lực lắp trên trục lái

Hệ thống trợ lực lái điện (EPS) chủ yếu được sử dụng trên các dòng xe nhỏ và gọn, nhờ vào hộp số giảm tốc giúp động cơ truyền mô-men xoắn hỗ trợ đến trụ lái Với bộ trợ lực được tích hợp trực tiếp vào cột lái, EPS hiện đại cần có kích thước nhỏ gọn để linh hoạt thích ứng với không gian lắp đặt trên xe.

3.3.2 Trợ lực lái điện thanh răng đơn

Hệ thống trợ lực lái điện (EPS) thanh răng đơn được thiết kế với bộ trợ lực đặt trực tiếp trên bánh răng lái Việc tích hợp cảm biến mô-men xoắn, bộ trợ lực và hộp số giảm tốc vào vỏ bánh răng lái tạo ra một hệ thống EPS nhỏ gọn, mang lại hiệu suất cao và tiết kiệm không gian.

Hệ thống EPS thanh răng đơn được đặt trong khoan động cơ, chịu nhiệt độ môi trường xung quanh cao hơn, có thể lên đến 135 độ.

C ) và phải được thiết kế phù hợp, đặc biệt là đối với các thành phần điện tử Vị trí của

EPS tiếp xúc với các hạt bụi bẩn và hơi ẩm do đó phải có kết cấu vỏ bọc kín

3.3.3 Hệ thống lái trợ lực điện với bánh răng kép

Hình 3.3.3 1 Hệ thống lái trợ lực điện với bánh răng kép

Hệ thống EPS bánh răng thứ hai bao gồm động cơ điện, bộ điều khiển, hộp số giảm tốc và bánh răng Cảm biến mô-men xoắn được tích hợp vào bộ phận bánh răng trên cột lái, cho phép truyền tín hiệu riêng biệt đến bộ điều khiển điện So với EPS thanh răng đơn, EPS bánh răng kép mang lại sự linh hoạt hơn trong việc bố trí bộ trợ lực, vì nó hoạt động độc lập với tỷ số bánh răng lái, cho phép điều chỉnh tỷ số truyền của hộp giảm tốc.

Hình 3.3.3 2 Hệ thống lái trợ lực điện với bánh răng kép

 Sơ đồ phân rã hệ thống:

Hình 3.3.3 3 Sơ đồ phân rã hệ thống

Hình 3.3.3 4 Sơ đồ tổng quan

Hình 3.3.3 5 Sơ đồ đặc tính:

1 Trợ lực điện bắt đầu khi người lái dùng lực để quay vô lăng

2 Lực tác dụng lên vô lăng làm quay thanh xoắn trong cơ cấu lái

Bộ tín hiệu trợ lực lái G269 phát hiện chuyển động quay và gửi số liệu lực lái đã tính toán đến bộ điều khiển J500

3 Bộ tín hiệu góc lái G85 báo cáo góc lái hiện tại và cảm biến tốc độ rôto báo tốc độ lái hiện tại

4 Tùy thuộc vào lực lái, tốc độ đường, tốc độ động cơ, góc lái, tốc độ lái và các bản đồ được lưu trữ trong bộ điều khiển, bộ phận điều khiển sẽ tính toán lực hỗ trợ cần thiết và kích hoạt động cơ điện

5 Trợ lực lái đến từ bánh răng thứ hai, truyền năng lượng của nó song song trên thanh răng Bánh răng này được dẫn động bởi một động cơ điện Động cơ tham gia vào thanh răng thông qua bộ truyền trục vít và bánh răng truyền động và do đó truyền lực cần thiết để hỗ trợ lái

6 Tổng của lực quay lên vô lăng và lực trợ lực là lực tác dụng lên bánh lái để di chuyển thanh răng

Hình 3.3.3 6 Sơ đồ hoạt động lái khi đỗ xe

1 Khi đỗ xe, người lái xe quay tay lái nhanh

2 Thanh xoắn quay Bộ cảm biến mô men lái G269 nhận chuyển động quay và gửi tín hiệu đến bộ phận điều khiển J500, cho biết rằng một lượng lớn lực đã được đặt lên vô lăng

3 Bộ tín hiệu góc lái G85 báo góc lái lớn và bộ gửi tốc độ rôto báo tốc độ lái hiện tại

4 Dựa trên lượng lực lái lớn, tốc độ đường 0 km / h, tốc độ động cơ, góc lái lớn, tốc độ đánh lái và các bản đồ được lưu trữ trong bộ điều khiển đối với v

= 0 km / h, bộ phận điều khiển phát hiện cần có một lượng lớn lực hỗ trợ và kích hoạt động cơ điện

5 Bằng cách này, lượng trợ lực lái lớn nhất được truyền vào thanh răng thông qua bánh răng thứ hai và song song với các thao tác đỗ xe

6 Tổng lực quay trên vô lăng và lực trợ lực lớn nhất là lực tác dụng tác dụng lên bánh lái để chuyển động của thanh răng trong quá trình thao tác đỗ xe

Hình 3.3.3 7 Sơ đồ hoạt động trong khưu vực đô thị

1 Khi vào cua trong đô thị, người lái dùng lực để bẻ lái

2 Thanh xoắn quay Bộ cảm biến mômen lái G269 nhận chuyển động quay và gửi tín hiệu đến bộ phận điều khiển J500, cho biết rằng một lực vừa phải đã được đặt lên vô lăng

3 Bộ tín hiệu góc lái G85 cho biết góc lái trung bình và bộ gửi tốc độ rôto báo tốc độ lái hiện tại

4 Dựa trên lượng lực lái trung bình, tốc độ đường 50 km / h, tốc độ động cơ, góc lái trung bình, tốc độ lái và các bản đồ được lưu trữ trong bộ điều khiển cho v = 50 km / h, điều khiển thiết bị phát hiện rằng cần một lượng trung bình của lực hỗ trợ và kích hoạt động cơ điện

5 Bằng cách này, một lượng trung bình trợ lực láí được truyền lên thanh răng thông qua bánh răng thứ hai và song song trong quá trình vào cua

6 Tổng lực quay vô lăng và lực trợ lực vừa là lực tác dụng tác dụng lên bánh lái để chuyển động của thanh răng khi vào cua trong đô thị

Hình 3.3.3 8 Sơ đồ hoạt động lái trên đường cao tốc

1 Để chuyển làn, người lái xe tác động lực nhẹ lên vô lăng

2 Thanh xoắn quay Bộ cảm biến mô men lái G269 nhận chuyển động quay và gửi tín hiệu đến bộ phận điều khiển J500, cho biết rằng một lượng nhỏ lực đã được đặt lên vô lăng

3 Bộ tín hiệu góc lái G85 báo góc lái nhỏ và cảm biến tốc độ rôto báo tốc độ lái hiện tại

4 Dựa trên lượng lực lái nhỏ, tốc độ đường 100 km / h, tốc độ động cơ, góc lái nhỏ, tốc độ đánh lái và các bản đồ được lưu trữ trong bộ điều khiển cho v

= 100 km / h, điều khiển thiết bị phát hiện rằng cần một lượng nhỏ lực hỗ trợ và kích hoạt động cơ điện

5 Bằng cách này, một lượng nhỏ hỗ trợ lái được truyền vào thanh răng thông qua bánh răng thứ hai và song song trong quá trình chuyển làn đường trên đường cao tốc, hoặc không có trợ giúp nào cả

BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

Hư hỏng và nguyên nhân thường gặp của hệ thống trợ lực điẹn

Hư hỏng: Vô lăng lái trợ lực điện bị nặng

Nguyên nhân hỏng hóc hệ thống lái ô tô có thể bao gồm: mô tơ trợ lực lái điện bị hỏng, dây đai truyền động thước lái gặp sự cố, cơ cấu truyền động của thước lái không hoạt động, mô tơ bị kẹt, hoặc vòng bi kém chất lượng Ngoài ra, hỏng hóc của thước lái cũng là một nguyên nhân phổ biến Hiện nay, nhiều dòng xe ô tô gặp phải tình trạng hỏng thước lái hoặc lỗi trợ lực lái điện, trong đó lỗi trợ lực lái điện là một trong những vấn đề điển hình.

Hình 4.1 1 Hỏng mô tơ trợ lực lái điện

Hình 4.1 2 Hỏng dây đai truyền động thước lái, cơ cấu truyền động của thước lái

Khi lái xe, nếu lực trợ lực lái không thay đổi theo tốc độ hoặc vô lăng không hồi về chính xác, có thể xảy ra hư hỏng Điều này thường liên quan đến mạch cảm biến tốc độ, đặc biệt trên các xe được trang bị hệ thống VSC.

Nguyên nhân gây ra vấn đề liên quan đến hệ thống lái bao gồm mạch cảm biến tốc độ ở những xe không trang bị hệ thống VSC, cảm biến mô men tại cụm trục lái điều khiển điện, cụm mô tơ trợ lực lái, bộ ECU trợ lực lái và hệ thống thông tin CAN.

Hư hỏng: Tiếng gõ (hoặc tiếng kim loại va đập vào nhau) xuất hiện khi quay vô lăng lùi và tiến trong khi trợ lực lái đang làm việc

Nguyên nhân: Trục trung gian lái, Bộ ECU trợ lực lái

Hư hỏng: Lực đánh lái khác nhau khi xoay vô lăng sang trái và phải, hoặc lực đánh lái không đều Lốp trước (không đủ căng, mòn không đều)

Hình 4.1 3 Nguyên nhân xe bị nhao lái chủ yếu do góc đặt bánh xe không chuẩn

Nguyên nhân gây ra vấn đề có thể bao gồm góc đặt bánh trước không chính xác, cơ cấu lái không hoạt động hiệu quả, cảm biến mômen trong cụm trục lái điều khiển điện, trục lái trợ lực điện, cụm mô tơ trợ lực lái và bộ ECU trợ lực lái.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ

Tổng quan mô hình

Mô hình hệ thống lái trợ lực điện bao gồm các bộ phận chính như khung đỡ, vô lăng, cơ cấu lái, thước lái, rôtuyn, mô tơ điện một chiều, bộ cảm biến mô men xoắn, ECU, ắc quy và bánh xe.

Các bước hoàn thành mô hình

+ Sau khi mua đầy đủ các cụm của hệ thống lái ta tiến hành vệ sinh sạch sẽ và sơn

+ Thiết kế khung: khung đỡ mô hình được hàn bằng thép ống tiết diện hình vuông, sau đó làm sạch và sơn

Hình 5.2 8 Khung thép hình vuông

- Lắp các cụm lên khung và điều chỉnh các sai lệch

Bước 1: Lắp dẫn động lái lên khung bắt ốc bu lông siết chặt

Hình 5.2 7 Bộ điều khiển ECU Hình 5.2 6 Motor điện

Hình 5.2 10 Lắp dẫn động lái Hình 5.2 9 Bắt ốc bu lông siết chặt dẫn động lái và khung

Bước 2: Lắp cụm thước lái, mô tơ điện, vô lăng, trục các đăng lái lên khung bắt ốc siết chặt

Hình 5.2 11 Bắt ốc bu lông siết chặt vào khung

Hình 5.2 13 lắp cụm thước lái Hình 5.2 12 Siết chặt cụm thước lái vào khung

Hình 5.2 14 Siết chặt cụm thước lái vào dẫn động lái

Hình 5.2 16 Lắp bộ giảm sóc vào khung sườn

Hình 5.2 15 Siết chặt bu lông vào khung sườn

Hình 5.2 18 Lắp bộ giảm chắn vào đĩa phanh Hình 5.2 17 Siết chặt vào dẫn động lái

Hình 5.2 20 Siết chặt khớp rô -tuyn Hình 5.2 19 lắp bánh xe

Hình 5.2 21 Mô hình hoàn chỉnh

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau thời gian nghiên cứu, nhóm chúng em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp về “Xây dựng mô hình hệ thống lái trợ lực điện” đúng hạn, nhờ sự nỗ lực của cả nhóm và sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Văn Thức Chúng em tự hào đã hoàn thành tốt chương trình trước khi tốt nghiệp.

Thông qua việc hoàn thành luận văn tốt nghiệp, chúng em không chỉ củng cố kiến thức cá nhân mà còn tiếp thu nhiều kiến thức mới, đặc biệt là trong lĩnh vực tiếng Anh chuyên ngành Hơn nữa, quá trình này giúp chúng em làm quen với áp lực công việc và trách nhiệm cần có để hoàn thành luận văn, điều mà mỗi sinh viên sẽ phải đối mặt sau khi tốt nghiệp.

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

Do giới hạn về thời gian và ngân sách, đề tài chỉ tập trung vào việc nghiên cứu và xây dựng mô hình hệ thống lái trợ lực điện Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển khác cho đề tài mà nhóm chưa thể thực hiện.

- 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 đưa ra các giải pháp thiết kế mạch cũng như lập trình tốt hơn

Nghiên cứu và so sánh cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các hệ thống từ nhiều hãng trên thị trường Việt Nam là cần thiết để xác định hướng nghiên cứu khoa học cho nhóm Điều này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các hệ thống hiện có mà còn định hướng cho các cải tiến trong tương lai.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Thức, Thạc sĩ Viện Cơ khí, vì sự hỗ trợ liên tục, phê bình mang tính xây dựng và hướng dẫn quý báu trong từng giai đoạn của quy trình Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Sa, Tiến sĩ Viện Cơ khí, vì những kiến thức sâu rộng và kinh nghiệm phong phú của thầy đã khích lệ chúng em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Tiêu đề	Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Trên Xe Volkswagen. Xây Dựng Mô Hình Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Trên Ô Tô
Tác giả	Nguyễn Văn Trọng
Người hướng dẫn	Th.s Phạm Văn Thức
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP HCM
Chuyên ngành	Cơ Khí Ô Tô
Thể loại	khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	4,72 MB