Nghiên ứu hệ thống trợ lái dùng động ơ nam hâm vĩnh ửu ự hìm ho ô tô điện

Chương 3: Xđy dựng mô hình lâi, mô h nh độì ng học của xe trong phần n y ăđưa ra phương ph p ướâ c lượng phản lực của mặt đường tâc dụng lín hệ thống lâi vă tiến hănh mô phỏng, phđn tí c

B Á Ộ GI O DỤC V Đ O TẠ À À O TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁ Ọ CH KHOA H À N I Ộ

- TRẦN QUANG THỦY

NGHIÊN C ỨU HỆ TH Ố NG TR Ợ LÁ I D NG Đ NG CƠ NAM CHÂM Ù Ộ

V Ĩ NH CỬU CỰC CH M CHO Ô TÔ ĐIỆ Ì N

Chuyên ng nh: Tà Ự ĐỘNG HÓA

ĐIỀU KHIỂN – T Ự ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TẠ CAO MINH

Hà N i – ộ Năm 2011

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205300831000000

`

Tôi xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứ u h th ng tr lá ù ệ ố ợ i d ng động cơ nam châm vĩ nh c u c c chì ử ự m cho ô tô điệ n” do tôi tự thiết kế dưới sự

hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Tạ Cao Minh Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 2 7 tháng 03 năm 201 1

c viênHọ thực hiện

Trần Quang Thủy

M Ụ C Ụ L C

Trang TRANG PHỤ BÌA

31T 31T

PHỤ Ụ L C 85

`

i

HPS Hydraulic Power Steering Tr láợ i thủy lực

EHPS Electro-Hydraulic Power Steering Tr láợ i điện – thủy lực

EPS Electric Power Steering Tr láợ i điện

ECU Electronic Control Unit Khối điều khiển

BLDCM Brushless Direct Current Motor Động cơ ộm t chi u không ch i than ề ổ

IPM Interior Permanent Magnet Động cơ đồng b NCVC c c chìm ộ ựSRM Switch Reluctance Motor Động cơ từ ở tr

4WS Four Wheel Steering H thệ ống l i 4 bá ánh

Trong c u trấ úc của ô tô n i chung vó à ô tô điện nói riêng, hệ ố th ng l i lá à thành phần quan trọng của xe, thông qua cơ cấu này, người lá ó thi c ể điều khiển xe chạy

đúng theo qu o m nh mong muỹ đạ ì ốn Vì th , tíế nh an to n, tho i m i và ả á à điều khi n ể

d dàễ ng là mục tiêu chung trong việc phát tri n hể ệ ố th ng lái của ng nh công nghià ệp

sản xuất ô tô Từ ững hệ ống l i cơ kh thô sơ ban đầu đ được thay thế ằng hệ nh th á í ã b

thống l i được trợ i bằng thủy lực v tương lai gần l ệ ống trợá lá à à h th lái bằng điện

H thệ ống trợ lái bằng điện mới đang trong giai đoạn đầu c a s phát tri n k t ủ ự ể ếhợp với điều kiện trong nước khi vi c thiệ ết kế, chế ạo ô tô điệ t n đã được chú tr ng ọ

bằng việc đưa v o đề i nghiên cứu cấp nh nước v định hướng của PGS.TS ạà tà à à T Cao Minh – người có nhi u b ng ph t minh sề ằ á áng chế ề ệ ống trợ i điệ v h th lá n là lý

do để tôi chọn đề tài nghiên c u v h th ng trợ i điệứ ề ệ ố lá n trong luận văn này

Mục đích ch nh của luận văn lí à nghiên c u về ệ ốứ h th ng tr láợ i điện s d ng ử ụđộng cơ trợ lá à i l động cơ đồng b NCVC c c chìộ ự m v chà ú trọng v o vià ệc nâng cao chất lượng c m giác láả i của hệ ố th ng Để thực hiện điều đ , trong luó ận văn này tôi

đ đưa ra thuậã t toán nhằm thay đổ đười ng cong tr láợ i (được cá ãc h ng s n xu t ô tô ả ấnghiên c u sứ ử ụng để ạ d t o ra dòng điều khiển động cơ trợ lái)

Phương pháp nghiên c u ch nh lứ í à tìm hiểu v ề hướng ph t triá ển hi n nay c a ệ ủ

h thệ ống trợ i điện trên thế ới dựa v o c c b i b o đ lá gi à á à á ã viết đồng thời đưa ra đánh giá của bản thân để c định được hướng ph t triển Từ đ xây dựng mô h nh mô xá á ó ì

phỏng hệ ống trong phần mềm Matlab/Simulink v th à thực hiện việc đ nh gi chất á á lượng c a h th ng tr lái thông qua vi c phân t ch kủ ệ ố ợ ệ í ết qu mô ph ng ả ỏ

Sau một th i gian nghiên c u v ờ ứ ề xe điện và h th ng tr láệ ố ợ i điện cho ô tô,

luận văn đ đượã c ho n th nh và à à trình b y trong 4 chương.à

Chương 1: Giới thi u m t cách t ng quan v s phát tri n cệ ộ ổ ề ự ể ủa ô tô điện nói chung đồng th i gi i thi u v cờ ớ ệ ề ấu tr c, chức năng của hệ ống l i hệ ống trợ lái ú th á th

Chương 4: Đưa ra thuật to n để thay đổi h nh dạng đường cong trợ i g p á ì lá ó

phần cải thiện chất lượng cảm gi c l i của hệ thốá á ng

Do thời gian có hạn cũng như còn nhiều hạn chế về kiến thức và điều kiện thực nghiệm, luận văn sẽ khó tránh khỏi những thiếu sót Vì thế, em kính mong nhận được những lời nhận xét, đánh giá và góp ý của các thầy cô để có thể khắc phục và cải tiến các vấn đề còn tồn tại của luận văn, tạo điều kiện cho việc đi sâu nghiên cứu, tìm hiểu, phát triển và triển khai đề tài vào thực tế

Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 201 1

c viênHọ thực hiện

Trần Quang Thủy

1.1 L s át tri ịch ử ph ển của ô tô i (EV) đ ện

V giai o nhào đ ạn ững ă n m 30 của ế th k ỉ 19, phi n bản thửê nghi ệm đầu ti n ê

c chi xe ô tô ủa ếc điện được ả s n xuất và ngay sau đó được tung vào trong thị ường tr

thương mại cho tới t ận cuối ế ỷ nà th k y Hiện ại t xe ô tô i bđ ện đã ước vào thập ỷ k

th ứba như là một sản phẩm thương m ại đạt được những thành c ng nhất địnhô và tr ụ

vững được nhi hều ơn các ý tưởng ỹ k thu kh xuật ác ất hiện cùng lúc Tuy nhi n, xe ê ô

tô i không đ ện được ưa thích và chi ếm ưu thế so với ô tô dùng động ơ đốt c trong bởi

ô tô dùng động ơ đốt c trong chạy được quãn đườngg xa h n ơ đối với m l n nạp ỗi ầnhiên liệu và vi n nhiêệc ạp n liệu đơn giản ơn nhiều so với ô tô i h đ ện Ngày nay vấn

đề môi trường, đặc biệt là tiếng ồn và ô nhiễm môi trường đã đặtra y u c u v việc ê ầ ềphát triển pin v ác ngu nhiêà c ồn n liệu ạch Ch s ính iđ ều n đã ạo đ ều kiện cho sựày t iphát triển mạnh ẽ ủa m c ô tô i đ ện (EV) Vì th c nguyêế ác n lý thi k ô tô i là ết ế đ ện

đ ềi u kiện c n thiết và quan trầ ọng ở b i nó liên quan trực ti t v côếp ới ấn đề ng nghệ và

môi trường

1.1.1 Gi ới thiệu chung

Chi xe ô tô i th nghi ếc đ ện ử ệm đầu ti n v o những ăm 1830 sử dê à n ụng pin không có kh nả ăng nạp ại đ ện Hơn mộ l i t nửa thập k trôi qua trước khi pin được ỷ

ph tri n có th s dát ể để ể ử ụngtrong ng h càn ông nghiệp ô tô V o cuối ế ỷ 19, vớià th k

việc sản xuất hàng loạt pin có khả năng nạp ại l thì ô tô i đ ện đã được ử ụng s d một

cách khá rộng rãi Hình 1.1 giới thiệu chi ếc xe tax đ ện ở New Y k vàoi i or khoảng

năm 1901 Quả thật, nếu ét ề ệu suất x v hi thì xe ô tô i vđ ện ẫn thích được ử ụn s d g hơn so với đối th củ ủa nó là ô tô sử d g ụn động ơ đốt c trong và động ơ ơ c h i nước Chi xe ô tô i ếc đ ện đầu ti n c ốc độ ượtê ó t v quá 100 km/h là chi ếc xe La Jamais

Hình 1.1 Chiếc xe t axi i đ ện ở New Y k năm 1901 or [16]

Giai o ph triđ ạn át ển tiếp theo của ô tô i là giai o t đ ện đ ạn ừsau năm 1910 cho

t nhới ững ă đầ n m u của ế ỷ th k 20 Đây là giai đoạnsuy sụp ủa ô tô i và s lên c đ ện ựngôi của ô tô s dử ụng động ơ đốt c trong L do dẫn ới đ ều n y rấ đơn giản v ễý t i à t à d

hiểu nếu ta so sánh năng lượng ư l u giữ/ 1 kg thiết b ị

`

3

Ví dụ: Năng lượng ưu giữ/1 kg thiết b c nhiê l ị ủa n liệu ăng, d ) kho (x ầu ảng 9000

Wh/kg

Năng lượng ư l u gi /1 kg thiữ ết b c ị ủapin chì axit khoảng20 Wh/kg

Hi suệu ất của độ ng c ơ đốt trong sử ụng ăng l 20%, như ậy ăng lượng d x à v n nh ận

được ở đầu trục động ơ c khoảng1800 Wh/kg

V ới xe sử ụng động ơ đ ện, hi d c i ệu suấ ủa độnt c g cơ khoảng 90%, như vậy n ng ă

lượng nh ận được ở đầ u trục động ơ c chuy n ể động là 27 Wh/kg

Để ễ d hình dung, ta xét ô tô s d1 ử ụng động ơ ă c x ng chạy50km, khi đó nó cần thiết

phải sử ụng 4.5 lit x d ăng tức tương đương với4 kg xăng Đ ều đấyi có ngh là nĩa ăng

lượng ở đầu trục động ơ c khoảng1800 x 4 = 7200 Wh/kg

X ti v ét ếp ới động ơ đ ện ủa c i c ô tô iđ ện, để có th có nể ăng lượng ở đầu trục động ơ c

nh v thì kh lư ậy ối ượngpin cần thiết ải c : 7200 / 27 = 270 (kg) ph ó

Hinh 1.2 So s ánh nă ng l ượng c x ủa ă ng (d ầu ) và pin ch ì-axit[16]

Nh vư ậy, để chạy 50km th xe ì ô tô sử dụng động ơ đốt c trong chỉ cần mang

theo 4kg bình xăng trong khi xe ô tô i cđ ện ần phải mang theo pin nặng 270kg Việc

so sánh n ày được ự th c hi n khi chệ úng ta đang giả ử s là 2 loại động ơ đều c chạy

cùng 1 quãng đường mà không cần nạp nhiên liệu Đối ới ô tô i v đ ện, để ảm khối gi

4

lượngpin th ẽ ần phải ạp ăng lượng ất nhiều ần, mỗi ần nạp ại ốn ờiì s c n n r l l l t th gian

hơn so với ạp n nhiên liệu ăng dầu x

M dù ặc mang trong m h nhược đ ểm lớn nh trêìn i ất ở n nhưng việc sử ụng EV d

v thẫn ường xuyên được ử ụng ừ đầu ế ỷ s d t th k 20 Ưu đ ểm lớn nh c úng so i ất ủa ch

v ới động ơ đốt c trong l đảm ảo ấn đề an toànà b v môi trường (không xả khí độc ra môi trường và giảm tiếng ồn trong khi hoạt động , khi đó, EV l động ơ ) à c lý tưởngtrong nh kho, s n golf,…à â

1.1.2 Các dạng ô tô i đ ện được ử ụng ng s d ày nay

Trong giai đoạn n a cuối th k 20, có m s thay ử ể ỷ đã ột ố đổi ớn l ảnh ưởng ới h t

s ph triự át ển của EV, làm cho EV c ức ấp ẫn nhiều ơ đối với ngó s h d h n ười ti u êdùng

Th nhứ ất, cuộc sống phát ển, con ng i ng tri ườ ày àng quan t m nhiều ơn về c â h

vi bệc ảo vệ môi trường ống của ch s ính mình đặc bi là c thệt ở ác ành phố ớn nơi l

lượng khí thải COR 2 R và c khí ác độc ại h kh ác trong th h phàn ố

Th hai, ứ đã có s ph triự át ển trong kỹ thu ật chế ạo t pin có kh nả ăng nạp ại l

cũng nh ư động ơ c và c phác ương pháp u khi n Ngo ra, ph minh v pin nhiđ ềi ể ài át ề ên

li ệu (fuel cell ) của William Grove v o năm 1940 được ứng ụng o EV đã đánhs à d và

d bấu ước ph triát ển mới trong việc chế ạo t và s xuản ất EV

Hi tện ại, ch g ta cún ó th ểchia EV thành 6 dạng như sau:

+ Ô tô i s dđ ện ử ụngpin truyền thống

+ Ô tô i hybrid (hybrid đ ện EV): kết ợp sử ụng pin v động ơ đốt h d à c trong,

đây là dạng ô tô ang chi m u th ch đ ế ư ế ủ đạo hiện nay

+ EV sử ụng d nhiên liệu có th ể thay thế nh ngu nư ồn ăng lượng s dử ụng pin nhiên liệu,…

+ EV được c b ấp ởi đường dây điện trên không (power lines)

+ EV sử ụng năng lượ d ng m t trặ ời

+ EV sử ụng d siê ụ u t

`

5

1.1.3. Xu hướng trong t ương lai

Hiện tại, ô tô điện lai đang chiếm ưu thế chủ đạo trong quá trình ph t triển á

của ng nh công nghiệp ô tô với việc kết hợp sử ụng hai nguồn năng lượng là d à pin (Li-ion chiếm ưu thế) v động cơ đốt trong Tuy nhiên, và ới vấ ền đ khan hi m nguế ồn

tài nguyên, khủng hoảng kinh tế ế ới, khủng hoảng ch nh trị ủa c c nước nắm th gi í c á

gi nguữ ồn t i nguyên xăng dầu khiến gi xăng dầà á u ngà ày c ng đượ ẩc đ y lên cao Nên

người tiêu d ng l c n y sẽù ú à có xu hướng chuyể sang d ng xe t phụn ò í thuộc vào nguồn t i nguyên thiên nhiên sẵn c Đây l thời điểm th ch hợp để à ó à í xe điện c điềó u

kiện ph t triển một c ch mạnh mẽ ột nguyên nhân cơ bảá á M n d n tẫ ới xe điện chưa được ưa chuộng là th i gian nạp pin lâu trong khi dung lượng lưu giữ ủờ c a pin là hạn chế Vì thế ếu so s nh c, n á ác dạng ô tô điện trong m c 1.1.2 thụ ì ô tô điện dùng siêu

t s có kh ụ ẽ ả năng phát triển cao hơn Điều này c ng rà õ ràng hơn khi mới đây các nhà khoa học tạ ại đ i học Illinois (Mỹ) công bố ộ m t công nghệ làm cho th i gian sờ ạc pin có th ể được r t ngắú n xu ng hố àng trăm lần so với hiện nay Công nghệ nà àm y lpin từ những t m phim m ng 3 chi u, nấ ỏ ề ó là s kự ế ợt h p c a viủ ệc nạ à phóp v ng nhanh

của tụ điện và kh ả năng lưu trữ ớ l n của pin

Một xu hướng kh c hiện tại cũng đang được GS.Hoiri (ph ng thá ò í nghi m ệNSK) phát triển tại Nhật là s dử ụng việc nạp điện cho ô tô không c n dây d n Theo ầ ẫ

đ , dướó i m t đư ng s có cá òặ ờ ẽ c v ng dây d n, khi ô tô ch y qua v ng dây nẫ ạ ò ày thì pin

của ô tô sẽ được nạp điện m không cần phải dừng xe lại Hướng ph t triển n y à á àbước đầu đ đạt đượã c nh ng th nh công nhữ à ất định tuy nhiên vẫn đang còn r t nhi u ấ ề

việc phải l m v đây l xu hướng của tương lai.à à à

1.2 H th ệ ống lái c ô tô ủa (Steering System)

1.2.1 Giới thiệu v h thống lái ề ệ

Ch nức ăng của ệ ống ái h th l trong ô tô là iđ ều khiển chuyể động ủa ánh xen c bđáp ứng thích hợp với lực l truyái ền tới t người l ừ ái để định hướng cho chi u ềchuy n ể động ủa c toàn b ô tôộ Tuy nhi n, gê óc lái thật s ự đạt được ph thu vàụ ộc o cấu trúc c gi sócủa ảm , cấu trúc n t c h thội ại ủa ệ ống lái, dạng đường đi v ác động ủaà t c

nó t cới ảm giác ủa ười ái c ng l

6

Trong quá trình ph t tri n c a ô tô thá ể ủ ì h thệ ống lái là thành phần quan trọng trong vi c nghiên cệ ứu bởi nó là cơ cấu chính ảnh hưởng trực tiếp tới người l i ọá M i nghiên cứu đều nh m mằ ục đích t o t nh thoạ í ải m i, an toá àn và d ễ điều khi n cho ểngười l i Ná ếu như trước đây, hệ ố th ng lái thông thường là h thệ ống cơ khí mà ó ở đngười l i cá ần ph i tác d ng m t l c lớả ụ ộ ự n m i có th chuyển hướng cho xe thì hi n ớ ể ệnay t t cấ ả các xe đều sử ụ d ng h thệ ống trợ lái giúp ngườ ái điềi l u khi n chuyể ển hướng d dàễ ng hơn

Đối v i c u h nh xe ô tô 4 b nh, hớ ấ ì á ệ th ng dố ẫn hướng (h th ng d n lái) ệ ố ẫtrong hệ ố th ng l i cá ó th ể được đ ởặt bánh trước v sau, tuy nhiên để ạ ự ủ độà t o s ch ng

và cảm gi c l i tốt hơn cho người l i th ệ thống dẫn hướng đều đượ ặt đểá á á ì h c đ lái chuyển hướng b nh trước.á

Hiện nay, do yêu cầu của người tiêu d ng đối với t nh năng điều khiển của ù í

một chiếc xe ngà ày c ng cao nên công nghệ i bốn b nh 4WS (four wheel steering) lá á hay l i tá ất cả các bánh AWS (all-wheel steering) được các nhà sản xuất dần coi

-trọng và phát triển

Ở các h th ng lái chuyệ ố ển hướng hai b nh thông d ng, bá ụ ánh sau luôn tùy

động nên không th óể đ ng vai tr ch ng trong quò ủ độ á trình lái Trong khi đó, đ i v i ố ớ

h thệ ống 4WS, bốn b nh xe đều được chuyển hướng khi xe đ nh l i (tuy nhiên g c á á á óchuyển của c c b nh sau sẽá á nh hơn cá áỏ c b nh trước) Công ngh này đã c i thiện ệ ả

kh ả năng chuyển hướng của xe v độ ổn định trong khi l ở ả ố ộà ái c t c đ thấp v cao.à

Hì nh 1.3 c động quay của c c b nh trong cơ cấu 4WS Tá á á [13]

`

7

Khi vô lăng điều khi n báể nh trước chuyển hướng thì h th ng m y t nh cệ ố á í ũng

s ẽ điều khiển b nh sau chuyển hướng Qu tr nh điều khiển 4WS phải thông qua á á ì

má íy t nh và các bộ ảm biến do cơ cấu cơ khí c không trực tiếp điều chỉnh g c óchuyển hướng của b nh sau được á

Khi tở ốc độ thấp, để thực hiện việc rẽ hay quay xe thì bánh sau sẽ xoay ngược hướng với hướng xoay c a báủ nh trước để ễ d dàng đỗ xe ho c quay xe ặNgượ ạc l i, khi ch y t c đ ạ ở ố ộ cao, b nh sau l i xoay cá ạ ùng hướng với b nh trướá c giữcho thân xe ở trạng th i song song vá ới làn đường gi p xe giú ữ thăng bằng, đỡ ị ắ b l c,

tạo cảm gi c thoải m i v tăng t nh an to n cho ngườá á à í à i ng i trong xe khi r hay ồ ẽchuyển l n đườà ng

1.2.2 Chức n ăng của ệ ống h th lái

Chức năng chính của hệ thống lái là điều khiển góc lái, góc rẽ của xe bằng cách tác động lên bánh lái nhờ có các thanh nối và các cơ cấu lái để chuyển đổi góc quay của vô lăng thành góc quay của bánh lái

Hình 1.4 Bánh xe ở hệ thống lái bằng hai bánh trước trong khi rẽ [9]

Ngoài tính năng chính nêu trên hệ thống lái còn có nhiều tính năng khác như sau:

 Đảm bảo chuyển động theo hướng thẳng của xe được ổn định

Đặc điểm này rất quan trọng do việc đảm bảo cho xe đi thẳng nhiều khi khó hơn cả khi rẽ Nếu như hệ thống lái không ổn định, hai bánh lái trước không

 Dễ dàng lấy lại sự ổn định của xe sau khi rẽ

Sau khi rẽ, hai bánh trước phải có hướng thẳng về phía trước và hai bánh sau phải trở về cùng tốc độ thì xe mới ở trạng thái ổn định

 Giảm nhẹ lực tác động nhờ động cơ lái (ở hệ thống EPS)

Như đã nói ở trên, một hệ thống lái thông thường không có hệ thống trợ lái thì cảm lái trên vô lăng là rất nặng Vì vậy, để giảm thiểu cảm giác lái nặng này ta có thể dùng hệ thống lái thủy lực hoặc hệ thống lái dùng động cơ điện

 Tối thiểu hóa sự hao mòn của lốp

Trong quá trình rẽ thì do bán kính rẽ của các bánh xe là khác nhau nên phải đảm bảo tồn tại tâm rẽ tức thời của xe hay giao điểm của trục các bánh xe phải trùng nhau Khi đó, các bánh xe sẽ chuyển động theo phương tiếp tuyến với bán kính tức thời và giảm thiểu sự trượt của bánh, qua đó giảm thiểu sự hao mòn của lốp xe

1.2.3 Kết c ấu của ệ ống h th lái

M dù h thặc ệ ống l c c loái ủa ác ại ô tô ng ày nay hết ức đa dạng s và phong phú

v nguyê ý cề n l ũng ư ề ết ấu, từ h thnh v k c ệ ống l c ái ủa xe con, xe tải, hệ ống th l áitrên các ại lo xe có h thệ ống treo độc ập đến l c ác xe có h thệ ốngtreo phụ thu tuy ộcnhiên về ơ ản ch c b úng đều c 4 bộ ận ch h v được ốó ph ín à b trí nh hình ư 1.5

ành l (Vô l ng)

l + Trục ái

Hình 1.5 ách b trí h th C ố ệ ống lái trên ô tô

a Vành tay l ái (Vô l ng) ă

Vô lăng là b ph ộ ận đặt trên buồng ái, c l ó nhi v tiệm ụ ếp nh momeận n quay

c ngủa ười l và truy ái ền cho trục ái l V h tay láiàn có c t tấu ạo ươn đối ốngg ginhau tr n cê ác lo xe ô tôại Mặc dù trên hầu hết các h thệ ống lái ng àynay đều được trang bị ộ ợ b tr lực l nhái ưng vành l cái ũng cần phải đủ vữngchắc để có

th truy n ể ề được momen y u cầu lớnê nhất k c ể ả khi bộ ợ ực ị ư ỏng tr l b h hNgo ài ra vành l cái ũng ần phải đảm bảo t c ính thẩm ỹ m

b Trục lái.

Tr l ục ái bao gồm trục ái ch l ính làm nhiệm ụ v truyền mom n quay từe vành l áiđến ộp ố h s l và ái ống đỡ ục tr lái c để ố định ục tr l vàái o th n xe Đầu tr n củaâ ê

tr l ính ục ái ch được ết si chặt ới v vành l bái ằng đ ốc Đầu dưới ủa ục i ai c tr lá

chính n v c cối ới ơ ấu l bái ằng kh n mớp ối ềm ho kh c ng gi m ặc ớp ác đă để ảthi vi truyểu ệc ền chấn động ừ ặt đường n v nh tay l Tr t m lê à ái ục l ph i ái ả đảm

b cảo đủ ứng để truyền mom n đ ềue i khiển nhưng lại ả đảm bảo ảm rung ph i giđộng trong h thệ ống lái, kh ng g y rung, trong bu g i u khi n,… ô â ồn ồn đ ề ể

Hi t trêện ại n thị ường, cơ ấu ái ử ụng tr c l s d trên các ại lo ô tô đượcchia thành

3 loại ính làch : kết ấu thanh răng – bánh r c ăng, kết ấu ái ểu xe tải, kết ấu lái c l ki c

h s nh hình 1.6 ộp ố ư

a

c

b

Hình 1.6 Các kết cấu của hệ dẫn hướng[9]

a.Kết cấu lái thanh răng bánh răng b.Kết cấu lái hộp số c Kết cấu lái kiểu xe tải -

`

11

Có hai kiểu n kết ữa 2 b liê gi ánh d hẫn ướng:

• Liên kết truyền tác động i phụ lá thu ộc

V k c nới ết ấu ày, góc quay của ánh lái ẽ b s truyền trực ếp ti xuống m ộtbánh và gián tiếp qua bánh còn l nhại ờ thanh truy n Vô l ng tác ề ă động

m l nh thì h l s chuyột ực ỏ ộp ái ẽ ển tác động ày ành một n th góc t ng ươ ứng

xuống bánh l bêái n v ăng l m cho b h lô l à án ái ày quay một lượng ương n tứng Th ng qua thanh nô ối liê ết, chuyể động ẽ ủan k n r c bánh này s truy n ẽ ềsang b h kia t ra gán ạo óc l phù h gi ái ợp ữahai bánh

Hình 1.7 Liên kết truyền tác động lái phụ thuộc.

• Liên kết truyền tác động ái độc ập l l

Kết cấu ày n giúp truyền g quay trực ếp l n cả hai bóc ti ê ánh Việc ạo t liên

k n tết ày ươn đốig khó khăn do cần ự ch s ính x ác cao hơn Khi xe đi thẳng

s g khó khẽ ặp ăn do phải giữ cho cơ ấu ổn định c

Hình 1.8 Li n kết ê truy ề n t động ác lái độ c lập

12

d D ẫn động lâi.

C c d ơ ấu ẫn động l có âi chức ă n ng th ph i ời ả đảm bảo ối quan hệ ề m v góc quay của bânh xe dẫn hướng sao cho trục của b bânh ốn xe trong quâ trình chuyển động phải đồng quy tại m tức ời ủa xe như tđ th c truyền chuyển động

điều khiển t h c cấu l từ ộp ơ âi ới hai khớp quay c bânh xe m bảo việc ủa Để đả

th hi d ực ện ẫn động lâi thì có hai kết ấu ơ c c khí ính c Davis vă ch ủaAck mann er

 C c d ơ ấu ẫn động l Davis: âi

Kết cấu Davis được ể ện th hi nh hình 1.9ư Đặc đ ểm của ơ ấu ăy i c c n lă

có hi tện ượng ượt tr trín cả hai bânh đ, g y ra ma sât l vă ớn hao mòn cho lốp Bânh răng l m nhiệm ụ ết ối ơ ản trong mọiă v k n c b quâ trình chạy xe Do lốp ị b hao mòn n h thín ệ ống ở n kh ng ch tr ní ô ính x âc sau

m th ột ời gian sử ụng Cơ ấu âi ăy d c l n có hai thanh cố định EM v FN ă

lăm cho truc GH lu n song song với AC Đi u nẵ ề y tạo ra quan hệkhông hợp lý trong góc rẽhai bânh l vă gđâi y ra những ất ợi ể b l k trín

Hình 1.9 Cơ ấu ẫn động c d lâ i Dav is

 C c d ơ ấu ẫn động l Ack mann: âi er

Khâc với c c Davisơ ấu , cơ ấu c Ack mann er được thi k nh ết ế ằm đảm

bảo khi rẽ thì bânh gần hướng ẽ ẽ r s quay một góc nh hỏ ơn vă bânh còn l s ại ẽ quay một góc l hớn ơn Nhờ ết ấu c khí mă k c ơ thanh chỉnh

hướng l âi hai bânh ở đđy có phương kh ng song song với ục ướcô tr trkhi lâi Đ ềi u n y giă úp gia tăng độ ích nh lệch góc l c âi ủa hai bânh so

`

13

v c c Davisới ơ ấu Hạn chế ủa ơ ấu ày c c c n là th hi c ực ện ác quy trình

c b c góc r gi h và ơ ản ở ác ẽ ới ạn đi thẳng thì tr n tâục ối m bốn bánh không trùng nhau

t: Độ dài của trục sau

R: Bán kính cung rẽ của trọng tâm xe (tâm là tâm tức thời) Với kết cấu Ackermann thì các góc rẽ được xác định như sau:

δR 0 R = tanP -1

P

2/)

2/

L t

R

L

+

≅+

δR i R = tanP -1

P

L L

14

Lực và mô men tác dụng lên hệ thống lái được tạo ra do tương tác giữa lốp

xe với mặt đường Do vậy sau đây ta sẽ phân tích các lực và mô men tác dụng lên lốp xe

Trong hình 1.11 thì hệ trục tọa độ XYZ được chọn sao cho:

 Trục X có gốc tại giao của mặt bánh và mặt đường theo hướng di chuyển

là hướng dương

 Trục Z vuông góc mặt đường với hướng dương hướng xuống dưới

 Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải

Các lực và mô men tác động lên lốp:

 Lực dọc Fx là thành phần lực tác động lên lốp bởi đường trong mặt phẳng của đường và song song với đường giao giữa mặt phẳng bánh và mặt đường

 Lực bên Fy là thành phẩn lực tác dụng lên lốp bởi đường trong mặt phẳng của đường và vuông góc với Fx

 Lực vuông góc Fz là thành phần lực tác dụng lên lốp bởi đường và vuông góc với mặt đường Lực vuông góc có giá trị âm Tải vuông góc được định nghĩa là âm của lực vuông góc, do đó nó có giá trị dương

`

15

Hình 1.11 Các lực và mô men tác dụng lên lốp [9]

 Mô men lật Mx là mô men do đường tác động lên lốp trong mặt phẳng đường và song song với giao của mặt phẳng bánh với mặt đường

 Mô men cản lăn My là mô men tác động lên lốp trong mặt phẳng đường và vuông góc với giao của mặt bánh với mặt đường

 Mô men nắn thẳng Mz là mô men tác dụng lên lốp bởi đường vuông góc với mặt phẳng đường

 Góc trượt α là góc giữa hướng của đầu bánh và hướng di chuyển Góc dương phụ thuộc vào việc lốp dịch sang phải trước so với hướng di chuyển

 Góc bẻ θ là góc nghiêng giữa mặt phẳng bánh và đường thẳng đứng Góc dương khi đỉnh bánh nghiêng ra phía ngoài xe

1.3 T ổng quan về ệ ống ợ h th tr lái (Power Steering System)

Để ă t ng tính an toàn khi lái xe, các nhà chế ạo ngh t đã ĩ ra cách ăng diện t tích

và gi m suả áp ất của ốp l xe tđể ăng cường ả ăng bám đường khi xe di chuyển với kh n

t ốc độ cao (đ ểni hình là dòng xe BMW) nhưng như ậy ần nhiều lực đánh lái ơn v c h

16

do t ng diă ện tích tiếp xúc lốp Nếu tăng tỷ ố truy s ền thì rõ ràng s gi m ẽ ả được ực l

đánh l nhái ưng khi lái xe chúng ta phả quay vô li ăng nhiều hơ Chn ính vì v mà h ậy ệ

thống ợ tr l ái ra đời được gắn o hệ ống ái ới ục đích ừa ảm được ực đánh và th l v m v gi l

l mà khôái ng phải quay v ăng quô l á nhi u ề

Ở một hệ thống lái thông thường, giới hạn góc lái của bánh xe nằm trong khoảng ± 30P

về mặt đườ , loại lốp, thời tiết và thời gian lái mà nhiều hệ thống trợ lái được đưa ng

ra nhằm giúp người lái xe có cảm giác tốt hơn trong khi lái

Phát minh sớm nhất liên quan tới h thệ ống tr l là c Frederick ợ ái ủaW.Lanchester, ng i Anh vườ ào tháng 2 năm 1902 và m sột ố ph át minh khác cùng

thời tại ỹ Tuy nhi n, Ch ter l M ê rys à công ty u tiđầ ên đưa hệ ống ợ i v o trong th tr lá à

thương mại ăm 1951 dưới ái tê n c n Hydraguide Hầu h t c c xe ô tô ng nay ết ất ả ác ày

đều s dử ụng ệ ống ợ h th tr l vái ới m ục đích ả gi m lực t ác động ầ c n thiết t người lái ừ

v vô l ng iào ă để đ ều khiển chuyể động ánh trước ươn b (t ng đương với ệc đ ều vi i khiển hướng chuy n ể động ủa c ô tô) Chính vì th mà vi iế ệc đ ều khiển ô tô tr nêở n dễdàng và thu ti hận ện ơn Hiện nay, tr n thế ới đang sử ụng 2 loại ợ áiê gi d tr l ph bi ổ ến

là h thệ ống ợ tr l th l HPS ái ủy ực (Hydraulic Power Steering) và h thệ ống ợ tr l i ái đ ệnEPS (Electric Power Steering)

1.3.1 H th ệ ống ợ tr lái th l HPS (Hủy ực ydraulic Power Steering Systems)

M h thột ệ ống ợ tr lái th l ph biủy ực ổ ến c ấu tró c úc nh hình 1.12 ư

`

17

Hình 1.12 Hệ ống ợ th tr lái th l HPS[10] ủy ực

C b ph ính c h thác ộ ận ch ủa ệ ống này gồm : bơm, van đ ều khi , xilanh tr có i ển ợ

lực, hộp ơ ấu ái Hệ ống ái ử ụng ng suất động ơ để ẫn động cho bơm c c l th l s d cô c d

tr l t ra suợ ực ạo áp ất Khi xoay vô lăng sẽ chuyển mạch m t ộ đường ẫn ầu ại d d t van

đ ều khiển Nhời suáp ất d u nàầ y m pitton trong xilanh trợ ực được đẩy đi và l à làm quay b h xe dán ẫn hướng Do v , nhờ áp suậy ất dầu thủy ực l mà l ực đánh lái vô l ng ă

s gi m ẽ ả đi mà không phải quay tay lái quá nhi u ề

Một dạng cải tiến của hệ thống trợ lái thủy lực HPS là hệ thống trợ lái điện - thủy lực (EHPS) Về cơ bản, nguyên tắc trợ lái điện thủy lực giống với trợ lái thủy - lực, chỉ khác ở chỗ hệ thống EHPS sử dụng bơm để tạo ra áp lực điều khiển chuyển động rẽ của bánh Rõ ràng khi sử dụng hệ thống EHPS thì tác động lái (quay vô lăng) nhẹ nhàng hơn rất nhiều so với dùng hệ thống HPS Vô lăng lúc này đóng vai trò tạo tín hiệu điều khiển cho động cơ bơm thực hiện hoạt động bơm dầu đi hoặc hút dầu về bình chứa dầu

Mặc dù được sử dụng tương đối rộng rãi và phổ biến ở các loại xe khách và xe tải hiện nay do tạo được cảm giác lái thực (về mặt cấu tạo cơ khí thì từ

18

tay lái đến lốp xe là một khối truyền lực thống nhất hay chính xác hơn là khi xe đi trên đường, sự thay đổi điều kiện mặt đường và các tác động vào bánh xe đều tạo phản lực tác động lên tay lái giúp cho người lái xe có được cảm giác về ngoại cảnh tốt hơn và đưa ra các thao tác cũng như phản xạ tốt hơn khi điều khiển xe) nhưng hệ thống trợ lái thủy lực cũng tồn tại một số nhược điểm sau:

 Van quá áp đặt trong bơm

Trong trường hợp bánh lái bị mắc không thể di chuyển, chất lỏng thủy lực bị kẹt trong van không thể di chuyển tới bộ làm mát Hơn nữa, thường trong trường hợp này, người điều khiển cố quay vô lăng để khắc phục tình trạng kẹt bánh lái, điều này làm cho động cơ bơm hoạt động và sinh ra nhiệt Nhiệt này làm cho cả van quá áp nóng lên có thể làm hỏng van và biến dạng đường ống dẫn dầu trợ lái

 Van điều chỉnh lưu lượng đặt bên trong cơ cấu lái

Trong trường hợp đột ngột có môt lực tác động vào bánh xe sẽ làm cho áp suất trong đường ống dẫn dầu tăng nhanh Áp lực sinh ra sẽ tác động ngược lên van điều chỉnh lưu lượng Áp suất bên trong cơ cấu lái sẽ tăng nhanh đột ngột và có thể phá hủy hệ thống trợ lái

1.3.2 H th ệ ống ợ tr lái i EPS đ ện (Electric Power Steering Systems)

V s ph triới ự át ển mạnh ẽ ủa động ơ điện, tưởng đư ộng m c c ý a đ c i vàơ đ ện o thay thế động ơ c bơm dầu của ệ h thống ợ tr lái bằng th l (HPS) xuủy ực ất hiện t ừ

những ăm đầu n 90 của ế ỷ th k XX mà tiên phong là dòng xe Ac a SX ủaur N c hãng Honda Từ đó tới nay, hệ ống ợ i th tr đ ện EPS đang phát ển nhanh ch tri óng và d ần

ho thi v m àn ện ới ục đích ính là ch đảm bảo tính an toàn cho con người và thân thiện

v môới i trường

V kề ết cấu cơ ản, hệ ống ợ ái đ ện ần giống b th tr l i g nh h thư ệ ống ợ tr lái thủy

lực, động ơ đ ện sử ụng được g trê c i d ắn n trục ái án l , b h răng hoặc thanh răng của ệ h

thống l (Hìái nh 1.13)

`

19

Hình 1.13 Hệ ống ợ th tr lái i EPS c đ ện ủa xe Toy ota Prius[12]

Khi người l ái xe quay vô lăng, m t c m biến ợc gắn trên tr lái s xác ộ ả đư ục ẽđịnh ị v trí và góc quay c vô l ng Tín hiệu n cùng v tín hi t c ủa ă ày ới ệu ốc độ ủa xe được đưa về kh iối đ ều khiển ECU (Electronic Control Unit), k hợp ớiết v h thệ ống

điều khi n ể ổn định xe để tính to lán ực tr l thích hợ ái ợp Sau khi tính toán, ECU sẽ

đ ềi u khiển động ơ ợ c tr lái quay cùng chiều với hướng xoay c vô l ng; c m biến v ủa ă ả ịtrí c ủa động ơ ẽ c s là tín hi phệu ản hồi ề v kh i khiối đ ều ển ECU để quan sát được vịtrí c ủa động ơ c

20

N ếu so với ệ ống ợ i thủy ực h th tr lá l HPS (hay EHP ) th ệ ống ợ i S ì h th tr lá

điện EPS an toàn hơn rất nhiều, tuy nhiên c m giả ác lái của ệ h EPS không t bốt ằngHPS Ngoài ra còn có m s ột ố đặc đ ểm khác ệt ữa ợ i thủy ựci bi gi tr lá l HPS và tr lái ợ

điện EPS:

 HPS có kết cấu phức tạp hơn so với EPS

 HPS thường nặng và cồng kềnh hơn EPS

 HPS sử dụng chất lỏng để vận hành, trong khi đó EPS không cần, vì vậy EPS thường ít phải bảo dưỡng hơn so với HPS

 EPS đưa ra đáp ứng tốt hơn khi tốc độ xe có sự thay đổi

 EPS ít khi xảy ra lỗi do vậy nó bền hơn HPS

 HPS không sử dụng nhiên liệu để hoạt động, trong khi đó EPS hoạt động bằng ắc qui, và c qui ắ thì cần phải nạp lại

U

Nh ậ n x ét:

Trong qu nh t m hiểu về ệ ống trợ i ở trên ch ng ta thấy rằng hệ

thống trợ i điện c lá ó những ưu điểm vượt tr i so vộ ới hệ ố th ng trợ lá hi t ủy lực và đang ngà ày c ng được ho n thià ện để đưa vào s d ng M t trong nh ng v n đ ch ử ụ ộ ữ ấ ề ủ

yếu của việc ph t triển hệ ống trợ i vẫn l đảm bảo t nh thoải m i, an to n cho á th lá à í á àngườ ử ụi s d ng và áp ng tốt khi ngườđ ứ i lá ái t c động Đây là một hướng ph t triá ển đang còn nhi u đi u m i m c bi t là ề ề ớ ẻ đặ ệ trong giai đoạn Việt Nam đang chú tr ng ọ

vào việc ph t triển ng nh ô tô với đề i cấp nh nước vềá à tà à thiết kế, chế ạo ô tô điệ t n

Vì vậy, nghiên cứu về ợ i điệ tr lá n được chọn l m đề i của luận văn nà tà ày

`

21

CHƯƠNG 2

(ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM)

2.1 Giới thiệu chung

V s ới ự ảnh ưởng h rõ rệt, ngày càng tăng của ện ượng hi t nóng toàn ầu điều c ,

t y là úng ất ếu ch ta phải phát triển các ản s ph thâẩm n thiện ơn với h môi trường ái tr đất H thệ ống tr l i là m sợ ái đ ện ột ản phẩm như vậy EPS tạo momen trợ l nh ực ờđộng ơ điệ c n để quay vô lăng và gi m lực đánh lái Với vi s dả ệc ử ụng năng lượngkhi có s ựquay vô lăng từ phía người lái, n chỉ ử ụng ăó s d n ng lượng bằng 1/20 n ng ă

lượng khi sử ụng ệ ống ợ ái ủy ực, đồng ời EPS d h th tr l th l th không sử ụng ầu, d dnguyên liệu ễ d gây ô nhi môễm i trường khi hoạt động ũng c nh khi v bư đã ứt ỏ Ngo ài ra, việc ph tri n phát ể ần mềm ới c thu to i v ác ật án đ ều khiển v o EPSà giúp hoàn thi viện ệc tr l và tợ ái ạo cảm giác ái an toàn cho người sử d l ụng Vì th v ế ới

những ưu điểm của mình, EPS đang dần được ph triát ển để ở àn tr th h hệ thống ợ tr

lái th ng dụng trong cácô dòng xe tr n thị trườngê

So sánh với h thệ ống lái c khí ơ hay hệ ống trợ th lái th l xuủy ực đã ất hiện t ừ

trước, EPS ực ự được quan t m v th s â à ph tri mát ển ạnh ẽ ởi nhiề ư đ ểm: cải m b u u ithi kh nện ả ăng xử lý lỗi, loại ỏ b nhiễu, tiết ệm ăng l ki n ượng, hoạt độ ng nhi ở ệt độ

thấp, an toàn và thân thiện ới v môi trường EPS đã ở tr thành 1 phần quan trọngtrong việc nghiê ứun c , ph t tri n ngá ể ành công nghiệp ô tô Ch g ta cún ó th th ể ấy được

s ph triự át ển nhanh chóng c ủaEPS ư đồ ị nh th hình 2.1

22

Hình 2.1 Sự phát tri ể n của EPS[31]

V s ph triới ự át ển nhanh chóng và ng càng ày hoàn thiện, cấu hình tr l i ợ ái đ ệnđược ựa l chọn để nghiên c và ứu ứng dụng trong ô tô iđ ện trong lu vận ăn này

2.2 Phân lo h th ại ệ ống EPS

Một trong những ành phần quan trọng th nh c ô tô ó là h thất ủa đ ệ ống lái, nó ảnh hưởng trực ti p tới ế độ an toàn của người l Trong hái ệ ống th l ái bao g m 2 c ồ ơ

cấu: cơ ấu ẫn hướng c d và c c dơ ấu ẫnđộng

C c d ơ ấu ẫn động có th là ể hai bánh (trước hoặc sau) hoặc ốn b bánh Tuy nhiên, với ấu c hình phức ạp t và đắt ề ti n n chên úng ta sẽ không đi t m hiểu và ì ứng

dụng ợ i đối ới tr lá v c c d ơ ấu ẫn động ốn b bánh Cơ ấu ẫn động hai b h sau hi c d án ệnnay vẫn đang chiế ưm u thế vì th nó s ợc ch làế ẽ đư ọn m cơ cấu dẫn động cho ô tô mà

lu vận ăn n y thực ệnà hi

C c d ơ ấu ẫn hướng được chọn ở đây là c c d ơ ấu ẫn hướnghai bánh trước ở b i

kh nả ăng kiểm soát l t hái ốt ơn v do th i quen sử ụngà ó d ô tô c úng ta.V v trí ủa ch ới ị

đ động ơ ợặt c tr l thì có ái ba ki u h thể ệ ống ợ tr l ái iện cho ô tô ợc s dđ đư ử ụng:

`

23

2.2.1 Hệ thống tr lái kiểu tr ợ ụ

+ Động ơ ợ ái, khối đ ều ển v ảm biến n được gắn n trụ l ái

+ Động ơ ợ ái ằm ần b ánh dẫn hướng n khả ăng trợ l t h n ái ốt ơ

đồng th i t t c các cơ cấờ ấ ả u tr láợ i được tích h p v o mợ à ột chi c h p và t ngoài ế ộ đặcabin vì th mà ế cơ cấu n y già ảm ồ ốt hơn so ớn t v i ki u trể ụ

24

Hình 2.3 Hệ ống ợ i kiểu b th tr lá ánh r ng[8] ă

2.2.3 Hệ thống tr lá ợ i kiểu thanh răng

c+ Động ơ tr l ợ ái được gắn trên thanh răng dẫn hướng làm thành một kh ối

`

25

V ới đặc đ ể i m cấu hình của ba hệ ống ợ lái nh th tr ư trên thì h thệ ống ợ tr lái

kiểu trụ là h thệ ống được sử ụng d nhiều nhất hiện nay bởi tính đơn giản ủa nó c , nhỏ

g ọn khi lắp đặt Động c ơ được đặt trên cao, gần với vô lăng vì th mà làế m giảm ảnh hưởng ủa c mặt đường t ác động n động ơ; đồng lê c thời d thay th h n khi xảy ra ễ ế ơ

hỏng hóc cần phải sửa chữa, thay thế Cấu hìn àh n y cũng là cấu h h được ựa chọnìn l

để nghiên c u trong luận v n này ứ ă

2.3 Nguyê ý n l hoạt động và chức ăng của n EPS

2.3.1 Nguyê ý n l hoạt động

Về cơ bản, một hệ thống trợ lái điện chỉ khác hệ thống trợ lái thông thườngđang được sử dụng (hệ thống HPS) ở phần động cơ trợ lái thay cho hệ thống ống dẫn thủy lực Hệ thống EPS cũng bao gồm vô lăng, các liên kết cơ khí truyền động

từ vô lăng tới bánh lái Ngoài ra còn có các cảm biến (cảm biến độ xoắn (cảm biến

mô men), cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí), khối điều khiển (ECU) và động cơ dùng

để trợ lái Bộ điều khiển sẽ lấy các tín hiệu từ cảm biến và động cơ đem xử lý, tính toàn và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ, làm cho thanh răng dịch chuyển sang trái hay phải dẫn đến bánh lái đổi hướng giúp xe chuyển động theo quỹ đạo mong muốn

Hình 2.5 Cấu hình hệ thống trợ lái điện đơn giản [17]

26

Một hệ thống trợ lái thông thường hoạt động theo ba chế độ khác nhau, đó là chế độ lái, chế độ tự trả về và chế độ giảm rung Ở chế độ lái, động cơ hoạt động theo tín hiệu từ người lái đặt vào vô lăng Khi người l ái xe tác động ẽ r vào vô lăng thì khi xe chạy trên đường thẳng, người l có th b ái ể ỏ tay ra để vô lăng quay về ị v trí góc “0” tức bánh l s ái ẽ hướng theo trục ch ính c ủa xe gọi l chế độ ả ái Ngoài ra ở à tr l

hệ thống SBW (Steer-by-wire) có thêm động cơ tạo cảm giác lái thì động cơ này sẽ đẩy vô lăng về bị trí góc lái bằng “0” khi người lái bỏ tay khỏi vô lăng Điều này kéo theo bánh cũng được trả về tâm nhưng có thêm tác động từ động cơ trợ lái giống như khi người điều khiển quay vô lăng về vị trí “0” Chế độ giảm rung là chế

độ cải thiện cảm giác lái và tăng khả năng ổn định của xe khi chạy trong những môi trường không ổn định, bất lợi

Tùy thuộc vào vận tốc của xe và độ xoắn của tay lái mà góc lái và mô men trợ lái là khác nhau Giả sử với cùng một giá trị trả về từ cảm biến độ xoắn nhưng ở các vận tốc xe khác nhau thì mô men trợ lái của động cơ khác nhau Ở tốc độ cao, tác động trợ lái sẽ nhỏ hơn ở tốc độ thấp do nếu xe đang đi nhanh mà ta bẻ lái đột ngột thì xe dễ bị lật Có thể phân tích hiện tượng này như sau: Khi người điều khiển

bẻ lái đột ngột, bánh lái (hai bánh trước) sẽ tạo ra một hướng rẽ mới Lúc này sinh

ra một mô men xoắn trên trục các đăng (không phải mô men truyền động của xe) làm cho bộ vi sai tiến hành chia tốc độ cho hai bánh phát động (hai bánh sau) khác nhau Tuy nhiên, quá trình chia tốc độ của hai bánh sau chậm hơn quá trình rẽ và tùy theo tốc độ bẻ lái và gia tốc của xe mà sinh ra một mô men xoắn dọc thân xe làm cho xe biến dạng hay sinh ra mô men làm lật xe tại vị trí bánh trước tiếp xúc với mặt đường

tính Dạng đồ thị đặc trợ lái giống như trong hình 2.6 Đặc tính trợ lái này ở từng xe, từng động cơ cụ thể có dạng giống nhau nhưng giá trị dòng điện (hay mô men) đặt vào động cơ là khác nhau Đường đặc tính trợ lái này do các hãng xe thu được từ thực nghiệm trong quá trình nghiên cứu, sản xuất sản phẩm

`

27

Hình 2.6 Đồ thị quan hệ vận tốc xe, mô men lái và dòng điện đặt vào động cơ[31]

Trong hình 2.6, ta thấy, tùy vào tốc độ, mô men lái mà dòng điện đặt vào động cơ là khác nhau Có những vùng không cần trợ lái, có những vùng cần trợ lái nhiều, có vùng tác dụng trợ lái là cố định Dễ thấy càng ở tốc độ cao thì tác động trợ lái càng nhỏ như đã nói ở trên, và khí ở tốc độ lớn (ở đây là trên 60 km/h) thì tác động trợ lái gần như không còn mà chỉ còn tác động lái của người điều khiển Khi

mô men lái nhỏ hơn 1 Nm thì động cơ trợ lái không làm việc do khi cho xe đi thẳng thì độ rung của xe do động cơ gây hay ảnh hưởng của mặt đường có thể làm cho tay lái bị dao động và lượng dao động này là nhỏ hơn 1 Nm Nếu như tại vùng này, động cơ trợ lái làm việc thì thực tế động cơ sẽ làm việc ở chế độ dài hạn, đảo chiều liên tục, có thể làm cháy động cơ Ở vùng mô men lái lớn hơn 7 Nm, tác động trợ lái là cố định, một phần giúp hạn chế dòng điện vào động cơ, tiết kiệm chi phí mua động cơ, không gian lắp đặt thì phần quan trọng nhất là giúp cho người điều khiển

có đủ cảm giác lái và đó là những góc cua lớn, cần phải đảm bảo an toàn cho người

và xe

Khi điều khiển xe đi theo một góc không đổi (đi theo vòng tròn), vô lăng quay một góc tới góc rẽ thích hợp (tùy theo người lái) rồi giữ nguyên thì khi đó động cơ sẽ trợ lái tới khi dừng quay vô lăng Lúc này tốc độ động cơ, dòng điều khiển động cơ giảm và chỉ giữ ở một lượng nhỏ tùy theo tác động ngược từ mặt đường lên hệ thống lái, chống quá dòng, đảm bảo an toàn cho động cơ Bộ điều khiển cũng được thiết kế để bảo vệ động cơ trước hiện tượng quá áp khi xảy ra sự

28

cố Khi có sự cố xảy ra, bộ điều khiển sẽ ngắt toàn bộ hệ thống lái và đưa ra thông báo cho người điều khiển biết để lường trước khó khăn khi điều khiển và tìm cách khắc phục sự cố Lúc này hệ thống lái vẫn làm việc như hệ thống lái cơ khí thông thường mà không có tác động trợ lái

2.3.2 Chức n ăng của ệ ống ợ h th tr lái i đ ện

Không chỉ đơn giản là cung cấp mô men trợ lái, hệ thống EPS có các chứcnăng chính như sau:

 Trợ giúp bánh xe chỉnh hướng trong quá trình rẽ trái hoặc rẽ phải

 Tạo ra sự ổn định hướng bằng cách cố định thanh răng khi có tác động từ bên ngoài và hệ thống và từ mặt đường lên lốp

 Tác động, làm giảm bớt sự hao mòn của lốp xe giống một hệ thống lái thông thường

 Biến đổi góc quay của vô lăng thành góc rẽ của bánh trước

 Tạo sự cân bằng của xe của khi rẽ bằng cách giảm bớt ảnh hưởng lắc của

xe

 Khi có sự cố xuất hiện trên mặt đường, hệ thống trợ lái sẽ ngăn chặn ảnh hưởng của nó tới tay của người lái, hay nâng cao sự an toàn và tạo cảm giác lái cho người điều khiển

2.4 Cấu tr úc chung của thống tr lái iện EPS h ệ ợ đ

2.4.1 Cảm biến momen (c ảm biến xo ) độ ắn

Cảm biến là một trong những phần quan trọng nhất của trợ lái điện Trong hệ thống EPS, cảm biến thường được gắn trên các trục và nó gồm hai cảm biến chính

là cảm biến quay và cảm biến độ xoắn Cảm biến quay có chức năng nhận góc lái, góc rẽ và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp Cảm biến độ xoắn có chức năng nhận

mô men lái đầu vào và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện áp Các tín hiệu từ cảm

`

29

biến được đưa vào bộ điều khiển, sau đó bộ điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển thích hợp tới phần điều khiển động cơ trợ lái

Cảm biếm độ xoắn là phần cốt lõi của hệ thống và là một trong những thiết

bị điện tử tiên tiến nhất được biết đến trong một vài năm gần đây Chìa khóa thành công của EPAS là sự chính xác, tin cậy và giá thành hạ của cảm biến độ xoắn Tuy nhiên các thiết bị đo độ xoắn cấu tạo khá phức tạp và đắt tiền Mặc dù có một số hệ thống mới được phát triển dựa trên sự phù hợp giữa trục lái thường là thanh xoắn - -

và sự kết nối về điện giữa trục lái với các thiết bị điện tử Các cảm biến không tiếp xúc cũng có thể sử dụng nhưng chúng thường khá đắt Đây thực sự là phần rất quan trọng của hệ thống

Đa phần các cảm biến độ xoắn đều dựa trên độ sai lệch tín hiệu giữa hai đầu cảm biến để tính toán ra mô men tương ứng Có nhiều cách để tìm sai lệch này và sau đây sẽ giới thiệu một số loại cảm biến độ xoắn vẫn được sử dụng

a Cảm biến độ xoắn dựa trên hiệu ứng quang học

Lucas Varity đã kêt hợp hai thiết bị quang học với nhau tạo ra một loại cảm biến mới Loại cảm biến này kết hợp giữa công nghệ không tiếp xúc và hệ thống cơ khí đơn giản nhưng rất đáng tin cậy Để vận hành, cảm biến được đặt giữa vô lăng

và trụ lái Mô men đặt vào vô lăng tạo ra chuyển động tương đối giữa hai phần Cường độ chiếu sáng tạo ra thay đổi về hình ảnh tương đối trên đĩa quay ứng với độ xoắn Khi đó các cảm biến đo được cường độ ánh sáng khác nhau và do đó sự chênh lệch độ xoắn sẽ được xác định Độ chênh lệch trên hai phần cho phép chương trình tính toán được vị trí tương đối của vô lăng và tốc độ quay bằng cách so sánh tín hiệu từ hai cảm biến quang này

b Cảm biến độ xoắn dựa trên hiệu ứng từ hóa

Các nhà nghiên cứu ở ủy ban năng lượng quốc gia Hoa Kỳ đã đưa ra phát kiến về việc sử dụng những chiếc vòng hợp kim đặc biệt dày ¼ inch trong các cảm biến độ xoắn để kiểm tra mô men trợ lái trong hệ thống EPS