Nghiên cứu và khai thác vận hành hệ thống lái trợ lực điện (EPS) trên Toyota Camry 2017 xây dựng mô hình thực tế về hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry

Sau khi hoàn thành khoảng thời gian học tập tại trường ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH dưới sự giảng dạy và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giúp chúng em được tiếp thu thêm nhiều kiến thức cũng như nhiều kinh nghiệm bổ ích cho bản thân. Những bài học của thầy cô hôm nay sẽ là hành trang quý báu cho em sau này khi bước qua ngưỡng cửa đại học. Xin gửi đến quý thầy cô lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc của em vì đã tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập, rèn luyện, tích luỹ kinh nghiệm, kiến thức cũng như kỹ năng để em thực hiện khoá luận này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN TOYOTA CAMRY

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Chuyên ngành: Cơ khí ô tô

Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Văn Thức

Sinh viên thực hiện: Lê Hoàng Phúc

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian 4,5 năm học tại trường Đại học Giao thông vận tải thành phố HồChí Minh Em gặp nhiều khó khăn cũng như nhiều kiến thức và công việc mới mẻ.Cảm ơn toàn thể các thầy/cô giảng viên của trường nói chung cũng như toàn thểthầy/cô giảng viên viện cơ khí nói riêng đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và chia sẻ thêmnhiều kinh nghiệm quý báu để em dùng nó làm hành trang lập nghiệp trong cuộc sốngsau này

Cảm ơn thầy TS Nguyễn Thành Sa - Trưởng bộ môn và thầy ThS Phạm VănThức - giảng viên phụ trách hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập doanh nghiệp

và làm khóa luận tốt nghiệp Trong quá trình thực hiện em có nhiều điều chưa hiểu vàchưa rõ, cảm ơn hai thầy đã trực tiếp hướng dẫn tận tình để em hoàn thành khóa luậntốt nghiệp của mình

Cảm ơn ban giám hiệu trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh

và hội đồng đánh giá khóa luận tốt nghiệp đã cho em có cơ hội trình bày đề tài luậnvăn tốt nghiệp của mình cũng như những lời nhận xét và những câu hỏi chuyên sâucủa các thầy/ cô đã góp phần giúp em hoàn thiện thêm kiến thức còn thiếu xót trongbài luận văn tốt nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2023

Tác giả/Sinh viên thực hiện(Ký và ghi rõ họ, tên)

Lê Hoàng Phúc

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là một phương tiện phổ biến hiện nay, xe ô tô đa dạng về kiểu dáng và thểloại tuỳ vào nhu cầu sử dụng của con người Ví dụ như để phục vụ cho mục đích đi lạingười ta sẽ chọn ô tô con, phụ vụ cho mục đích vận chuyển hàng hóa người ta sẽ chọn

ô tô tải, ngoài ra còn có các loại ô tô chuyên dùng dùng cho mục đích đặc biệt như xequân sự, xe cứu hỏa, xe cứu thương vv vv Nhưng nhìn chung thì mỗi xe ô tô đềuđược cấu thành từ các cụm hệ thống cơ sở phải có như: hệ thống phanh, hệ thốngtruyền lực, hệ thống lái, hệ thống treo vv vv Trong đó hệ thống lái đóng vai trò quantrọng thiết yếu cần phải có để người sử dụng điều khiển được ô tô đi theo ý mình

Bên cạnh những yêu cầu cơ bản cần có của hệ thống lái, nhiều năm gần đây hệthống lái yêu cầu có thêm hệ thống trợ lực để cải thiện cũng như hỗ trợ khả năng đánhlái của người điều khiển được linh hoạt và ít tốn sức hơn Do đó hệ thống trợ lực láibằng thủy lực được phát triển phổ biến từ trước đến nay ngoài ra còn có hệ thống trợlực lái điện được sử dụng phổ biến cho các loại ô tô con hiện nay đặc biệt là trên các

xe đắt tiền Bên cạnh đó hệ thống trợ lực lái điện còn là cơ sở để các kỹ sư phát triểnthành các hệ thống hiện đại trên các xe ô tô con như hệ thống giữ làn đường tự động,

hệ thống lái tự động, hệ thống đỗ xe tự động, hệ thống đánh lái cầu sau điện tử, vv vv

Từ vai trò vốn có và hiện trạng thực tế đó em được ThS Phạm Văn Thức giao chonhiệm vụ “Nghiên cứu khai thác và xây dựng mô hình hệ thống lái trợ lực điện trênToyota Camry 2017” Trong quá trình làm luận văn, được sự hướng dẫn tận tình củaThS Phạm Văn Thức và các thầy/ cô trong bộ môn, em đã hoàn thành đề tài của mình

Do trình độ bản thân, nguồn tài liệu tham khảo và thời gian có hạn nên luận văn tốtnghiệp của em không tránh khỏi khiếm khuyết Em mong được sự chỉ bảo và góp ýcủa các thầy/ cô Em xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Các năm gần đây, hệ thống lái trợ lực điện đang dần thay thế hệ thống lái trợ lựcthủy lực trên các ô tô con thương mại và ô tô hạng sang Do đó tìm hiểu về hệ thốnglái trợ lực điện trên ô tô là cần thiết và đặt biệt hữu ích đối với sinh viên ngành cơ khí

ô tô Trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu em tổng hợp được những thông tin cầnthiết về hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry và phân bố thành các chương sau:

Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu: Nói lên được tính thực tế của đề

tài, cũng như đề cập đến các yếu tố như mục tiêu, đối tượng nghiên cứu, nội dung, phương pháp và phạm vi nghiên cứu của bài luận văn.

Chương 2: Hệ thống lái trên ô tô: Nói tổng quan về hệ thống lái, điều kiện

quay vòng đúng của ô tô, các yêu cầu đối với hệ thống lái nói chung và yêu cầu đối với hệ thống lái có trợ lực Nói về chức năng, phân loại, kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện (EPS) trên ô tô.

Chương 3: Hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017: Giới thiệu sơ

bộ về xe Toyota Camry 2017 Hệ thống lái trợ lực điện trang bị trên xe Camry 2017 gồm những bộ phận kết cấu gì và hoạt động như thế nào? Các cảm biến trên xe dùng tổng hợp thông tin gửi đến ECU điều khiển hệ thống lái trợ lực điện Ngoài ra còn tìm thêm dẫn chứng để chứng minh hệ thống lái trợ lực điện đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở chương 2 Cuối cùng là sơ đồ mạch điện hệ thống EPS sử dụng cho xe Camry

2017 của hãng Toyota.

Chương 4: Khai thác vận hành hệ thống lái trợ lực điện (EPS): Nói lên tính

cần thiết của việc kiểm tra bảo dưỡng trong quá trình sử dụng hệ thống EPS Các vấn

đề thường gặp và chẩn đoán “bệnh” trong quá trình khai thác vận hành hệ thống Các nội dung bảo dưỡng đối với hệ thống EPS và quy trình các bước tháo lắp hệ thống EPS trên xe Toyota Camry.

Chương 5: Xây dựng mô hình thực tế về hệ thống EPS: Tóm tắt quá trình

thực hiện, công tác chuẩn bị các bộ phận và quá trình lắp ráp mô hình Dẫn chứng bằng các hình ảnh minh họa cụ thể và kết luận về mô hình.

Chương 6: Kết luận: Tổng kết lại những gì đã làm được đối với đề tài nghiên

cứu, những kiến thức thu được và kinh nghiệm rút ra trong quá trình nghiên cứu Bên cạnh đó nói lên những hạn chế mà bản thân hay phạm vi nghiên cứu đề tài chưa đáp ứng được.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

TÓM TẮT LUẬN VĂN 3

DANH SÁCH HÌNH ẢNH MINH HỌA 4

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 9

1.1 Tình hình chung và tính thực tế của đề tài 9

1.2 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 11

1.3 Nội dung và hạn chế nghiên cứu của đề tài 11

1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài 11

Chương 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 12

2.1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô 12

2.2 Các thông số đánh giá hệ thống lái 14

2.3 Yêu cầu và các thông số đánh giá của hệ thống lái có trợ lực 17

2.4 Cơ sở lý thuyết về động lực học quay vòng 18

2.5 Hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô (EPS – Electric Power Steering) 19

Chương 3: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN TOYOTA CAMRY 2017

3.1 Giới thiệu hãng xe Toyota, xe Toyota Camry 2017 28

3.2 Hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017 30

3.3 Sơ đồ mạch điện và nguyên lý hoạt động hệ thống EPS 53

Chương 4: KHAI THÁC VẬN HÀNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN (EPS). 4.1 Hiện tượng bất thường thường gặp, nguyên nhân 69

4.2 Các hạn mức bảo dưỡng trong quá trình sử dụng ô tô 70

4.3 Nội dung bảo dưỡng đối với hệ thống lái trợ lực điện 71

Chương 5: THI CÔNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 84

5.1 Cơ sở thực hiện mô hình và tóm tắt quá trình thực hiện 84

5.2 Công tác chuẩn bị thiết bị 84

5.3 Quá trình lắp ráp mô hình mô phỏng 87

5.4 Vận hành mô hình và cho biết kết quả 92

Chương 6: KẾT LUẬN 93

PHỤ LỤC 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

DANH SÁCH HÌNH ẢNH MINH HỌA

Hình 2.3: Động học quay vòng lý tưởng khi dùng hình thang lái 18

Hình 2.7: Trợ lực lái điện thanh răng kép DUAL PINION EPS 22

Hình 2.9: Trợ lực lái điện trục song song - RACK PARALLEL EPS 24Hình 2.10: Vị trí của các bộ phận của hệ thống EPS 24

Hình 2.12: Sơ đồ mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện 27

Hình 3.2: Kết cấu hệ thống trợ lực lái điện của Toyora Camry (Loại C_EPS) 30Hình 3.3: Vị trí hệ thống lái trợ lực điện bố trí trên xe Toyota Camry 30

Hình 3.9: So sánh điện áp giữa 2 tín hiệu 34Hình 3.10: Sơ đồ đặc tính và các vị trí làm việc của cảm biến mômen loại lõi

Hình 3.11: Cấu tạo cảm biến mômen lái loại 4 vành dây 36Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến mô-men lái loại 4 vành dây 36

Hình 3.15: Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE 39Hình 3.16: Sơ đồ tổng quát nhận và truyền tín hiệu ECU EPS 41Hình 3.17a: Sơ đồ mô phỏng quá trình điều khiển motor trợ lực lái theo phương

Hình 3.17b: Sơ đồ mô phỏng quá trình điều khiển motor trợ lực lái theo phương

Hình 3.17d: Sơ đồ điều khiển tổng quát của ECU trợ lực lái điện[9] 44

Hình 3.18: Biểu đồ quan hệ mô men trợ lực và mô men lái theo từng vận tốc và

tải trọng khác nhau được đưa vào bộ nhớ EPS ECU 47Hình 3.19: Biểu đồ đặc tính dòng điện theo tốc độ và momen 47Hình 3.20: Momen đánh lái lý tưởng của người lái ở các tốc độ khác nhau 49Hình 3.21: Mô men trợ lực lớn nhất do hệ thống EPS cung cấp dưới tải trọng

Hình 3.22: Đường đặc tính trợ lực kiểu đường cong 50Hình 3.23: Bảo vệ nhiệt Thay đổi dòng điện theo thời gian 51Hình 3.24: Cảm biến tốc độ đánh lái loại máy phát điện 52Hình 3.25: Cảm biến tốc độ đánh lái (góc đánh lái) loại Hall 52

Hình 3.27: Sơ đồ mạch điện hệ thống eps xe toyota camry 2017 54

Hình 4.7: Kiểm tra góc camber, caster và góc kingpin 75

Hình 4.15: Tách rời cụm thanh nối thanh ổn định thước lái 79

Hình 4.19: Tách chân máy phía sau và thanh dầm trung tâm khỏi cụm dầm

Hình 4.22: Đánh dấu ghi nhớ trên trục lái trung gian 82Hình 4.23: Tháo bu lông và cụm dẫn động hệ thống lái ra khỏi dầm ngang 83

Hình 4.25: Đánh dấu ghi nhớ lên đầu thanh nối bên trái 83

Hình 5.2: Cụm trục lái, cảm biến momen cản và mô tơ điện DC 85

Hình 5.9: Đặt bệ đỡ thước lái lên khung gá 87

Hình 5.12: Cố định trục lái và vô lăng lên khung gá 88

Hình 5.14: Nối rotuyl lái với may-ơ bánh xe trái/ phải 89

Bảng 3.2: Momen lái lý tưởng ở tốc độ khác nhau (xe con và xe vận tải) 49

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tình hình chung và tính thực tế của đề tài

A Tình hình chung:

Thế giới ngày càng hiện đại, ngành Công Nghệ Ô tô phát triển rất nhanh đặc biệt làcác hệ thống điều khiển cơ khí, thủy lực,… đang dần bị thay thế điều bằng điện vàđiện tử Trong đó, hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering– EPS) là mộttrong những hệ thống đang được ứng dụng rất mạnh mẽ trên hầu hết các hãng xe trênthế giới nói chung và Việt nam nói riêng Cũng như tuyên bố của Hãng Ford “ Hệthống trợ lực tay lái điện EPS sẽ được lắp đặt cho (80 – 90)% số xe Ford vào năm2012” Và các “đối thủ” của Ford như Mercedes Benz, Toyota, Hyundai, vv vv cũng

đã trang bị EPS trên các xe ô tô của mình sản xuất Hệ thống lái trợ lực bằng điện EPSlàm việc trên cơ sở phụ thuộc năng lượng của điện (từ ắc quy), thực hiện các chứcnăng trợ lực thông thường nhưng với ưu điểm nổi bật so với các hệ thống lái trợ lựctruyền thống trước đây:

 Không phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ vòng quay của động cơ

 Giảm tiêu tốn nhiên liệu, nhiên liệu tiêu tốn tiết kiệm (5% – 8%) so với cùng một

xe trang bị hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực (HPS)

 Hệ thống EPS có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt, kiểm tra, bảo dưỡng

 Tăng khả năng thích ứng của hệ thống lái trong các điều kiện làm việc khác nhau

và quản lý hệ thống tốt hơn Do có khả năng tiếp nhận nhiều thông số và tính toán điềukhiển và xử lý các chương trình phần mềm cài đặt sẵn bên trong EPS-ECU

 Bằng cách thu hồi năng lượng của động cơ nhiệt khi dư thừa cấp cho bình tíchnăng lượng (ắc quy) cho phép góp phần hạn chế lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơnhiệt và sau đó sử dụng với mục đích hỗ trợ lực điều khiển của người lái

 Tạo điều kiện kiểm soát chặt chẽ sự làm việc của hệ thống lái thông qua các đènbáo trên taplô giúp nâng cao khả năng phát hiện các lỗi, hư hỏng, đảm bảo an toàntrong chuyển động của ô tô

B Tính thực tế của đề tài:

Trước khi xuất hiện hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái trợ lực thủy lực đượctrang bị cho hầu hết các loại xe ô tô trên thị trường từ xe con, xe tải, xe chuyên dùngvv vv Nhưng sau khi hệ thống lái trợ lực điện được nghiên cứu và chế tạo thành công

nó dần dần chứng minh được khả năng trợ lực của mình không thua kém so với hệthống trợ lực thủy lực trước đó Ngoài ra hệ thống lái trợ lực điện còn khắc phục đượcmột số nhược điểm mà hệ thống trợ lực thủy lực vẫn còn tồn tại như: trợ lực nhanhhơn, kết cấu đơn giản hơn và đặt biệt nguồn để hoạt động được lấy từ nguồn điện của

ắc quy chứ không trích dẫn động từ động cơ nên hầu như không gây mất công suấtđộng cơ, giúp tiết kiệm nhiên liệu hơn Hiện nay hệ thống lái có trợ lực điện được cáchãng sản xuất xe ô tô trang bị cho hầu hết các mẫu xe ô tô con, xe hạng sang của mình.Không riêng gì các hãng xe trên thế giới như Ford, Mercedes, BMW, Toyota, Peugeotvv vv Cả hãng xe Vinfast Việt Nam cũng trang bị hệ thống EPS trên các mẫu xe củamình

Mặt khác nhân loại đang tích cực hướng tới việc bảo vệ môi trường và hạn chế tối

đa sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tự nhiên Cùng với sự phát triển củangành công nghiệp năng lượng ngày càng có nhiều giải pháp tạo ra nguồn năng lượngmới từ các yếu tố tự nhiên như gió, ánh nắng mặt trời vv Nên các hệ thống vận hànhbằng thủy lực (dầu thủy lực) cũng được cắt giảm dần dần tạo điều kiện cho các hệthống vận hành bằng điện năng có cơ hội thay thế và phát triển mạnh mẽ Ô tô điệnđang được sử dụng ngày càng nhiều và là xu hướng của tương lai gần, ở Việt Namcũng đang hướng tới việc cắt giảm xe máy cá nhân và thay vào đó là các loại xe ô tô.Hai yếu tố này càng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho các mẫu xe ô tô phổ thông cótrang bị hệ thống lái trợ lực điện phổ biến không chỉ trên thế giới mà còn ở Việt Nam

Hệ thống lái trợ lực điện còn là tiền đề để phát minh ra các loại xe chạy tự độngtrong tương lai Và ở một tương lai xa hơn EPS còn là bước đệm đểHệ thống lái điện

tử (Steering by wire) phát triển mạnh Đó là một hệ thống lái điều khiển hoàn toàn

bằng điện, các chi tiết cơ khí như thước lái, trục lái sẽ được loại bỏ và tất cả hệ thống

sẽ được điều khiển bằng điện, ECU và mô tơ

1.2 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu tổng quan, lịch sử về hệ thống lái trên ô tô

- Tìm hiểu về hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô

- Tìm hiểu các vấn đề trong khai thác vận hành hệ thống lái trợ lực điện

- Mô phỏng mô hình hệ thống lái trợ lực điện đơn giản

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô nói chung

- Hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017

1.3 Nội dung và hạn chế nghiên cứu của đề tài

1.3.1 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Giới thiệu tổng quan

- Tìm hiểu hệ thống lái thông thường và có trợ lực

- Tìm hiểu hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017

- Tìm hiểu sơ đồ mạch điện hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017

- Tìm hiểu về vấn đề trong khai thác hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017

- Xây dựng mô hình thực tế hệ thống lái trợ lực điện cơ bản

1.3.2 Hạn chế của đề tài nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên một loại xe là Toyota Camry 2017

- Bằng sự tìm hiểu cá nhân và nguồn tài liệu chưa phổ biến nên còn nhiều kiến thức vàthông tin bị thiếu sót

- Chưa mô phỏng được mô hình hệ thống lái trợ lực điện hiện đại phức tạp

- Thiếu sót những trải nghiệm thực tế với hệ thống lái trợ lực điện

1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài

- Kết hợp nhiều nguồn thông tin như:

 Tham khảo tài liệu từ thư viện điện tử của trường

 Tham khảo tài liệu trên các trang mạng như google, youtube vv

 Tham khảo qua các luận văn, đồ án có đề tài tương tự

- Tổng hợp và chọn lọc những thông tin cần thiết cho đề tài

- Xây dựng mô hình thực tế từ những thiết bị cũ

Chương 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

2.1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô

2.1.1 Công dụng, yêu cầu, cấu tạo chung

- Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

- Lái nhẹ, tức là lực cần thiết để quay vô lăng phải không quá lớn

- Động học quay vòng đúng, các bánh xe của tất cả các cầu phải lăn theo những vòngtròn đồng tâm để xe không trượt lết (nếu điều kiện này không đảm bảo lốp sẽ trượttrên đường nên chóng mòn và công suất sẽ mất mát để tiêu hao cho lực ma sát trượt)

- Người lái ít tốn sức, đủ cảm giác để quay vòng tay lái và hệ thống lái, hạn chế tối đa

va đập với mặt đường của các bánh dẫn hướng truyền lên vô lăng (người lái đở mệt)

- Ô tô chuyển động thẳng phải ổn định Hệ thống lái không tự động lệch khỏi vị trí khi

xe đi thẳng

- Đặt cơ cấu lái trên phần được treo (để kết cấu các hệ thống treo bánh trước khôngảnh hưởng đến động học của cơ cấu lái)

C) Cấu tạo chung

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái Bảng 2.1: Tên các bộ phận của hệ thống lái trên ô tô

3 Phần chủ đông của cơ cấu lái (ví dụ

a) Theo cách bố trí vô lăng chia ra:

- Hệ thống lái với vô lăng bố trí bên trái (khi chiều thuận di chuyển theo luật đi đường

là chiều phải như ở Việt Nam, vv vv)

- Hệ thống lái với vô lăng bên phải (khi chiều thuận di chuyển là chiều trái như ở Anh,Nhật, Thụy Điển, vv vv)

b) Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra:

- Loại cơ khí:

+ Trục vít đòn quay (với một hay hai ngỗng trên đòn quay).

+ Trục răng thanh răng

+ Liên hợp (trục vít- ecu bi- cung răng)

- Loại thủy lực

c) Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chia ra:

- Loại trợ lực thủy lực (điều khiển điện tử)

- Loại trợ lực khí (gồm cả cường hóa chân không)

- Loại trợ lực điện

- Loại trợ lực cơ khí

2.2 Các thông số đánh giá hệ thống lái

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

- Tỉ số truyền động học và tỉ số truyền lực của hệ thống lái (gồm của cơ cấu lái và củadẫn động lái)

- Khe hở ăn khớp trong hệ thống lái

- Hiệu suất của hệ thống lái

2.2.1 Tỉ số truyền động học và tỉ số truyền lực của dẫn động

��� là tỉ số giữa momen cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng (����) và tỉ số giữamomen cản quay vòng trên trục đòn lái đứng (�����)

��� =��������� (2.2)

��� phụ thuộc vào sơ đồ dẫn động lái và vị trí các thanh lái

C) Tỉ số truyền động học cơ cấu lái (tỉ số truyền góc của cơ cấu lái): ����

���� là tỉ số giữa vi phân góc quay vành lái (����) và vi phân góc quay đòn lái đứng(����)

���� =���� (2.3)

=> Tỉ số truyền động học của hệ thống lái là (��ℎ�) là:

��ℎ� = ��� ���� = ����

� � + �2

�������� (2.4)

Với cơ cấu lái kiểu hiện đại có ��ℎ� thường bằng:

+ 13 22 đối với xe du lịch

+ 20 25 đối với xe tải

2.2.2 Hiệu xuất của hệ thống lái: (��)

Hiệu suất �� của hệ thống lái được đánh giá bằng tích:

�� = ��� ��� (2.5)

�� = 0,67 0,82 khi truyền lực từ vành lái đến bánh xe dẫn hướng (�� thuận)

�� = 0,58 0,63 khi truyền lực từ bánh xe dẫn hướng đến vành lái (�� nghịch)

��� được đánh giá bằng tổn thất do ma sát trong các khớp quay ở các thành lái vàbánh xe dẫn hướng

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

Hiệu suất thuận:

�� =����− ��1

�� = 1 −��1�

�� (2.6)Hiệu suất nghịch:

�� =����− ��2= 1 −����� (2.7)Trong đó:

��1 - momen ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục vành lái

��2 - momen ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục đòn quay đứng

��� - momen xoắn tác dụng lên vành lái

�� - momen đặc vào trục đòn quay đứng được truyền từ bánh xe dẫn hướng

Nhận xét:

- Để lái xe điều khiển nhẹ nhàng, �� càng lớn càng tốt

- Mặt khác khi �� lớn, tính chất tự hảm của cơ cấu lái giảm dẫn đến lực va đập truyềnlên vành lái lớn

- Ngược lại, nếu �� nhỏ, giảm va đập từ mặt đường truyền lên vành lái nhưng lại làmgiảm khả năng chuyển động ổn định (do Mccủa bánh xe dẫn hướng tăng, bánh xe dẫnhướng khó trở về vị trí trung gian).

+ Để tăng tính ổn định của bánh xe dẫn hướng và tăng cảm giác của người lái với mặtđường, cần tăng ��

+ Để giảm va đập từ đường lên vành lái, cần giảm ��

Kết luận:

- Trong thiết kế, giải quyết mâu thuẫn này bằng cách chọn �� thích hợp

- Khi trong hệ thống lái có trợ lực, những yêu cầu đặt ra về �� không đòi hỏi khắckhe nửa vì trợ lực còn có tác dụng làm giảm lực va đập truyền lên vành lái; và có khảnăng tự động đảm bảo tính ổn định cho bánh xe dẫn hướng

2.2.3 Khe hở ăn khớp của hệ thống lái

- Khe hở trong các khâu của hệ thống lái cần trong giới hạn thấp nhất cho phép đểkhông ảnh hưởng đến sự làm việc của bánh xe dẫn hướng

- Khi làm việc, bề mặt các cặp chi tiết bị mài mòn, đặc biệt ứng với vị trí xe đi thẳng,tại vị trí này khe hở ăn khớp là nhỏ nhất (∆ ≈ 0), và tăng dần sang 2 phía (25o 35o)

Hình 2.2: Góc quay trục đòn lái đứng �

∆��� 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 với tốc độ caoQuy luật thay đổi ∆ để khi điều chỉnh, bù trừ được sự mài mòn ở phần giữa mà khônggây kẹt khi quay vòng về 2 phía

2.3 Yêu cầu và các thông số đánh giá của hệ thống lái có trợ lực

Nguyên nhân ra đời?

Sự ra đời trợ lực của hệ thống lái nhằm giảm nhẹ cường độ lao động của người lái,giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài Đặc biệt khi lái với tốc độ cao, trợ lựclái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như thủnglốp, thiếu khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái Để cảithiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, ápsuất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường Kết quả là cần một lực lái lớn hơn.Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái Tuy nhiên, việc đó lạiđòi hỏi phải quay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòng dẫn đến không thể thực hiệnđược việc quay vòng ngoặt gấp Vì vậy, để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khivẫn chỉ cần lực lái nhỏ, hệ thống lái có trợ lực ra đời

Yêu cầu:

- Khi bộ trợ lực lái hỏng, hệ thống lái vẫn làm việc được nhưng lái nặng hơn

- Bộ trợ lực lái phải giữ cho người lái cảm giác có sức cản trên đường khi quay vòng

- Về động học: đảm bảo tính tùy động, đặt trưng bằng mối quan hệ tỉ lệ thuận giữa gócquay vành lái và góc quay bánh xe dẫn hướng Do đó bộ trợ lực lái chỉ làm việc khisức cản quay vòng lớn hơn giá trị giới hạn

- Về lực: tạo ra tác dụng tùy động (tạo cảm giác với mặt đường), biểu hiện khi ��tăng cần phải tăng ��� (và ngược lại) Yêu cầu này chỉ xảy ra khi:

��� ≥ 0,25 0,1 ��

- Hiệu suất làm việc cao

- Không xảy ra hiện tượng tự trợ lực khi xe chạy trên đường xóc, nhưng khi bánh xedẫn hướng gặp sự cố bộ trợ lực lái phải làm việc để giữ được hướng chuyển động

Các thông số đánh giá:

A) Chỉ tiêu hiệu quả tác dụng của trợ lực: ∋

Đặc trưng cho hiệu quả làm việc của trợ lực

∋ =����

��

∗ = ���

���− ��� (2.8)Trong đó:

��� (���∗ ) - lực đặt lên vành lái khi không có (có) trợ lực

��� - lực do trợ lực tạo ra quy dẫn trên vành lái

B) Chỉ tiêu về cảm giác: �

� =�����∗ (2.9)Trong đó:

� - hệ số cảm giác: đặt trưng cho khả năm cảm giác với mặt đường khi lái xe

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

��� - vi phân momen cản quay vòng ở bánh xe dẫn hướng

C) Chỉ tiêu về độ nhạy cảm

Độ nhạy cảm là thông số lực tiếp tuyến đặt trên vành lái ���∗ và góc quay vành lái ���ứng với thời điểm trợ lực bắt đầu làm việc

���∗ = (20 50) �; ���= (10 15)°

2.4 Cơ sở lý thuyết về động lực học quay vòng

Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượtquay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phảigặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe

Hình 2.3: Động học quay vòng lý tưởng khi dùng hình thang lái

Muốn cho ô tô quay vòng không bị trượt thì điều kiện cần và đủ là các bánh xephải cùng quay quanh một tâm quay O.Với ô tô hai cầu (cầu trước dẫn hướng) tâmquay O nằm ngoài ô tô như trên hình 2.3 và các góc quay bánh xe thỏa điều kiện:

����� − ����� = �� (2.10)Trong đó:

α - Góc quay của bánh dẫn hướng phía trong;

 - Góc quay của bánh dẫn hướng phía ngoài;

m - Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng (khi thiết kế bỏ qua các gócnghiêng, coi trụ quay là thẳng đứng);

L - Chiều dài cơ sở của xe

2.5 Hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô (EPS – Electric Power Steering)

2.5.1 Chức năng hệ thống EPS

Trợ lực lái điện (EPS) là một hệ thống điện hoàn chỉnh giúp giảm đáng kể lực quay

vô lăng của người lái khi lực cảng tác động lên hệ thống lái tăng lên bằng bằng cáchcung cấp dòng điện trực tiếp đến mô tơ điện để mô tơ hổ trợ làm quay trục lái Thiết bịnày bao gồm có cảm biến tốc độ xe, một cảm biến lái (mô men, vận tốc, góc quay vôlăng), bộ điều khiển điện tử ECU EPS và một mô tơ điện DC Tín hiệu đầu ra từ mỗicảm biến được đưa tới ECU EPS có chức năng tính toán chế độ điều khiển lái để điềukhiển hoạt động của mô tơ trợ lực

2.5.2 Phân loại hệ thống EPS: (Phân loại chủ yếu theo kết cấu)

 Kiểu C_EPS: (Viết tắt của Column EPS)

EPS loại cột lái có lịch sử lâu đời nhất Trên thực tế, EPS đầu tiên trên thế giới đượcgiới thiệu cho Suzuki Cervo vào năm 1988 là loại này, mặc dù loại đó chỉ hoạt độngnhư hỗ trợ trong lúc đỗ xe

Đặc điểm: Gồm mô tơ trợ lực, hộp điều khiển ECU và cảm biến mô-men xoắn được

gắn vào trục lái

Hình 2.4: Hệ thống lái trợ lực điện kiểu C_EPS.

Ưu điểm: C_EPS là kết cấu đơn giản và giá thành rẻ Vì động cơ được đặt bên trong

taplô, nó không phải chịu nước và nhiệt độ khắc nghiệt, do đó chi phí sản xuất có thểđược hạ thấp hơn nữa Ngoài ra Hệ thống trợ lực có thể được áp dụng cho các trục lái

cố định, trục lái kiểu nghiêng và các loại trục lái khác Trục cung cấp hiệu suất độ bềnlâu dài khi tải xoắn cao hơn nhiều

Nhược điểm: C_EPS khét tiếng với cảm giác tê liệt, vì việc kết nối trực tiếp động cơ

với cột lái làm tăng ma sát cơ học Hơn nữa, vì động cơ được lắp ở đầu trục lái, nênkhớp nối của nó phải được tăng cường để tránh bị xoắn bởi mô - men xoắn của động

cơ điện Điều này làm tăng quán tính, ma sát từ đó tê liệt hơn Tải trọng cầu trước càngnặng thì vấn đề này càng trở nên nghiêm trọng Vì những lý do này, EPS cột láithường được dành cho những chiếc xe ô tô nhỏ

 Kiểu P_EPS: (viết tắt của Single - Pinion EPS)

Đặc điểm: Trợ lực lái thanh răng đơn P_EPS tích hợp cơ cấu trợ lực điện vào trục

bánh răng lái sơ cấp P_EPS có lực động cơ tác dụng trực tiếp lên răng trên thanh răng

Hình 2.5: Hệ thống lái trợ lực điện kiểu P-EPS.

Ưu điểm: Nó sẽ cho cảm giác tốt hơn loại C_EPS Bộ phận hỗ trợ điện nằm bên ngoài

khoang hành khách của xe, cho phép tăng mô- men xoắn hỗ trợ mà không làm tăngtiếng ồn bên trong

Nhược điểm: do động cơ nằm ngay phía trước bàn đạp, trong trường hợp va chạm từ

phía trước, động cơ có thể bị đẩy vào chân người lái, gây ra không gian chật hẹp và dễgây thương tích Do nhược điểm an toàn này, nhiều nhà sản xuất đã chuyển sang hệthống thanh răng kép

 Kiểu DP_EPS: (Viết tắt của Dual Pinion EPS)

DP_EPS sản xuất hàng loạt đầu tiên được phát triển và áp dụng cho nền tảngVolkswagen Golf V từ năm 2003, sau đó được mở rộng cho Passat và nhiều nhà sảnxuất khác Ngày nay, hầu hết các xe phân khúc C đều sử dụng loại EPS này

Đặc điểm: Trợ lực lái điện thanh răng kép DP_EPS thêm hàng răng thứ hai vào thanh

răng Động cơ điện dẫn động trên hàng răng bổ sung này và dẫn động trên cơ cấu trụcvít–thanh răng của thước lái

Hình 2.6: Hệ thống lái trợ lực điện kiểu DP_EPS

Ưu điểm: Vì động cơ được lắp cách xa cột lái nên nguy cơ bị thương ở chân khi va

chạm có thể giảm đáng kể Hơn nữa, bằng cách tách động cơ khỏi cột lái, cảm giác lái

có thể được cải thiện

Nhược điểm: Hệ thống này không đủ mạnh để xử lý trên các loại xe phân khúc lớn và

nặng hơn

Hình 2.7: Trợ lực lái điện thanh răng kép DUAL PINION EPS

 Kiểu RP-EPS: (Viết tắt của Rack Parallel EPS)

Trợ lực lái điện trục song song (Rack Parallel EPS) đắt hơn tất cả các loại trên, nhưng

nó cũng mạnh mẽ và chính xác hơn, do đó nó được sử dụng rộng rãi cho các xe hạngsang cỡ lớn, xe cao cấp nhấn mạnh tính năng động học cũng như xe thể thao, tiêu biểu

Ưu điểm: Nhờ các viên bi này, ma sát được giữ ở mức tối thiểu Càng ít ma sát được

thêm vào hệ thống, thì thông tin thực càng có thể được chuyển đến tay bạn (cảm giáclái) Do đó, EPS trục song song sẽ cảm thấy dễ chịu hơn Hơn nữa, nhờ hộp số giảmtốc, động cơ có thể được điều khiển chính xác hơn

Nhược điểm: Tốn nhiều chi phí chế tạo lắp đặt và bảo dưỡng Chỉ thích hợp cho các

xe hạng sang, xe thể thao, xe cở lớn như SUV hay xe tải

Hình 2.9: Trợ lực lái điện trục song song - RACK PARALLEL EPS

2.5.3 Các thành phần cấu tạo cơ bản của hệ thống EPS

Kết cấu có thể khác nhau phụ thuộc vào hãng sản xuất và các loại xe khácnhau, nhưng cơ bản nó gồm các bộ phận sau:

Hình 2.10: Vị trí của các bộ phận của hệ thống EPS

1-EPS ECU

2- Cảm biến mô men

3- Động cơ điện D/C

4- Cơ cấu giảm tốc

5- Bộ chấp hành ABS và ECU ABS6- ECU động cơ

7- Cụm đồng hồ và đèn báo EPS8- Rờ le

Bảng 2.2 : Chức năng các bộ phận thuộc hệ thống EPS

1 ECU EPS

Là bộ phận tổng hợp các tín hiệu từ các cảm biến, tínhtoán xử lý các tín hiệu và đưa ra mệnh lệnh cụ thể đến

cơ cấu chấp hành (motor trợ lực điện)

2 Cảm biến mô men

- Phát hiện sự xoay của thanh xoắn (vô lăng)

- Tính toán momen tác dụng lên thanh xoắnnhờ vào sự thay đổi điện áp đặt trên nó

- Đưa tính hiệu điện áp đó về ECU EPS

6 ECU động cơ ECU động cơ nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ

và đưa thông tin tới ECU EPS

8 Rơ le Cung cấp dòng điện cho động cơ D/C và ECU EPS

Ngoài ra, EPS có cảm giác lái tốt hơn, nhẹ nhàng hơn khi xe chạy ở tốc độ thấp.Khi ở tốc độ cao, tay lái trợ lực điện nặng hơn và cho cảm giác thật hơn, mang đếncảm giác an toàn và ổn định cho xe Mặc dù, những thương hiệu xe sang nhưMercedes - Benz, Audi hay BMW đều đã áp dụng EPS từ trước đây, Toyota mới phổbiến và chuyển từ trợ lực lái thủy lực (Cơ khí) sang trợ lực lái điện trên hầu hết cácmẫu Sedan và Camry Tuy vậy, trợ lực lái điện EPS trên Toyota rất được lòng kháchhàng Bởi lẽ, do hoạt động theo cơ cấu điện tử nên được kết nối với cảm biến tốc độ,cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển để điều chỉnh lực

vô - lăng phù hợp Chính vì thế, khi xe di chuyển chậm hay vào bãi đỗ xe, vô - lăngnhẹ nhàng và dễ dàng đánh lái

Ngoài ra hệ thống EPS còn có đầy đủ tính năng dự phòng vô cùng an toàn, đảmbảo cho người lái Khi phát hiện thấy sự cố, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ dự phòng

để người điều khiển có thể đánh lái như trên các dòng xe không có hệ thống trợ lực lái

Các chế độ dự phòng sẽ hoạt động trong các trường hợp:

a Trường hợp không trợ lực:

 Hỏng cảm biến momen xoắn

 Mô tơ bị quá dòng

 Mô tơ bị ngắn mạch (bao gồm cả sự cố của hệ thống dẫn động)

 Hư hỏng ECU trợ lực lái

b Trường hợp hạn chế trợ lực:

 Mô tơ bị quá nhiệt

 Nhiệt độ cao trong EPS ECU

 Hư hỏng của cảm biến nhiệt độ bên trong EPS ECU

 Sự cố tín hiệu vận tốc xe và tốc độ động cơ

c Trường hợp tạm dừng trợ lực:

 Sự cố nguồn điện Trợ lực trở lại sau khi nguồn điện hoạt động bình thường

2.5.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống EPS (nói chung)

Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống EPS

Hình 2.12: Sơ đồ mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện

Nguyên lý hoạt động:

Khi người điều khiển ô tô tác động lên vô lăng thực hiện việc điều chuyển hướng,dưới tác động của mặt đường thông qua bánh xe, thước lái sẽ tác dụng lên thanh xoắnnằm trong cụm trợ lực điện Cảm biến mô-men lúc này sẽ bắt đầu hoạt động và tiếnhành đo mô men đánh lái sau đó gửi về hộp điều khiển EPS ECU cùng với một số tínhiệu đo được từ các cảm biến khác như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến góc xoay

vô lăng vv vv Căn cứ vào tín hiệu được gửi, EPS ECU sẽ phát mệnh lệnh tới Rơ le đểtạo ra dòng điện điều khiển hoạt động của mô tơ trợ lực với một lực đủ lớn để hỗ trợngười lái xoay trục lái theo hướng mong muốn

Khi xe chạy với tốc độ cao thì trợ lực ít hơn để cho người lái không mất cảm giáclái, nếu tình trạng mặt đường xấu và có sự thay đổi đột ngột trong khi lái như qua khúccua với tốc độ cao, lạng lách để tránh xe khác thì lúc này hệ thống lái trợ lực điện hoạtđộng nhanh để hỗ trợ cho tài xế xử lý tình huống một cách dễ dàng hơn

Chương 3

HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN TOYOTA CAMRY 2017

3.1 Giới thiệu hãng xe Toyota, xe Toyota Camry 2017

Tập đoàn Ô tô Toyota của Nhật Bản là một nhà sản xuất ô tô đa quốc gia, có trụ

sở tại Toyota, Aichi, Nhật Bản Toyota là nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới (tính đếnnăm 2017) Toyota là nhà sản xuất ô tô đầu tiên trên thế giới sản xuất hơn 10 triệu xemỗi năm mà họ đã thực hiện kể từ năm 2012, khi đó họ cũng báo cáo việc sản xuấtchiếc xe thứ 200 triệu của mình

Toyota là công ty dẫn đầu thị trường thế giới về doanh số bán xe điện hybrid và

là một trong những công ty lớn nhất khuyến khích áp dụng thị trường xe hybrid trêntoàn cầu Toyota cũng là công ty dẫn đầu thị trường về xe ô tô chạy bằng pin nhiênliệu hydro (Fuel sell)

Vào năm 1937, công ty được thành lập bởi Toyoda Kiichiro, như một công

ty con của công ty Toyota Industries của cha mình để sản xuất ô tô Ba năm trước đó,vào năm 1934, trong khi vẫn là một bộ phận của Toyota Industries, họ đã tạo ra sảnphẩm đầu tiên của mình, Toyota Type A Engine và chiếc xe chở khách đầu tiên vàonăm 1936, Toyota AA Tập đoàn ô tô Toyota sản xuất xe dưới năm thương hiệu, baogồm thương hiệu Toyota, Lexus, Hino, Daihatsu và Ranz

Hình 3.1: Toyota Type A Toyota Camry là dòng xe Sedan cỡ trung được Toyota cung cấp cho thị trường

quốc tế từ năm 1982 Camry ban đầu được phát triển dưới mô hình thân hẹp(narrow-body) Sau đó được mở rộng phần khung và được phân phối dưới phiên bảnthân rộng (wide-body) để phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng Cả 2 phiên bản

GIỚI THIỆU ĐÔI NÉT VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

TOYOTA CAMRY 2.5Q 2017

Thông số cơ bản của xe Camry 2.5Q 2017

Động cơ Xăng, dung tích xi lanh 2.5L, Dual VVT-i, 4 xi lanh,

16 van, DOHC, ACIS

Mô men xoắn tối đa 231/4100 (Nm/rpm)

Dung tích bình nhiên liệu 70 lít

Hệ thống treo Trước độc lập, sau độc lập

Mức tiêu thụ nhiên liệu (ước tính

Đèn trước HID, ALS (tự động điều chỉnh góc chiếu )

3.2 Hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017

3.2.1 Kết cấu hệ thống trợ lực lái điện

Hình 3.2: Kết cấu hệ thống trợ lực lái điện của Toyora Camry (Loại C_EPS)

3.2.2 Các thành phần cấu tạo

3.2.2.1 Động cơ điện một chiều

Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụng loạiđộng cơ điện một chiều (DC), nó bao gồm stato, rô-to, cơ cấu giảm tốc Cơ cấu giảmtốc bao gồm trục vít và bánh vít, mô-men do rô-to động cơ điện tạo ra được truyền tới

cơ cấu giảm tốc sau đó được truyền tới trục lái chính Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ

để giảm độ ồn và tăng tuổi thọ làm việc, ly hợp từ đảm bảo cho việc nếu động cơ bị hưhỏng thì trục lái chính và cơ cấu giảm tốc không bị khóa cứng và hệ thống lái vẫn cóthể hoạt động được

Hình 3.4: Cấu tạo của động cơ điện

Động cơ của hệ thống EPS là động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắnvới bộ truyền động của hệ thống lái Động cơ là cơ cấu chấp hành của hệ thống EPS cónhiệm vụ tạo ra mô-men trợ lực dưới điều khiển của ECU và đáp ứng các yêu cầu:

- Động cơ điện phải đưa ra được lực mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quayvành lái

- Động cơ điện phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra

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

- Bên trong động cơ DC còn bố trí một ly hợp từ để thực hiện quá trình ngắt hoặc kếtnối giữa trục chính của động cơ DC và trục vít

Hoạt động: Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU EPS thì mô tơ DC sẽ quay theo

yêu cầu để trợ lực như: quay nhanh, quay chậm, quay trái, quay phải và ngừng Trục

DC quay làm cho trục thứ cấp quay theo Trục thứ cấp sẽ truyền mô men của mô tơ

DC đến cơ cấu lái Ở đây mô men sẽ được cơ cấu lái làm tăng lên và truyền đến bánh

xe dẫn hướng thông qua dẫn động lái

Motor trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở trục lái chính(trước đoạn các đăng trục lái) Tại đây cũng bố trí cảm biến mô men, cảm biến góc lái

và cạnh đó là ECU của EPS

3.2.2.2 Cảm biến mô-men xoắn: (có 3 loại)

Loại lõi thép xoay:

Gồm trục đầu vào ( gắn với phần trên trục lái ), trục đầu ra ( gắn với phần nốitiếp của trục lái tới cơ cấu lái ), giữa trục vào và trục ra được liên kết bằng 1 thanhxoắn Trên trục đầu vào lắp roto phát (phát hiện) số 1 có các rãnh để cài với các răngcủa roto phát số 2 Còn roto phát số 3 cũng có các răng và rãnh được lắp trên trục ra.Phía ngoài các roto phát là các cuộn dây được chia ra các cuộn phát hiện và các cuộnhiệu chỉnh

Hình 3.5: Cấu tạo của cảm biến mô-men xoắn

Hình 3.6: Mặt cắt ngang cảm biến mô men xoắn

Hoạt động:Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men tác động lên trục sơ cấp làmxoay rô-to phát hiện số 1 và số 2 của cảm biến mô men thông qua thanh xoắn Người

ta bố trí rô-to phát số 1 và 2 trên trục sơ cấp phía vô lăng và roto phát số 3 trên trục thứcấp Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhau bằng một thanh xoắn Các vòngphát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài để hình thànhmột mạch kích thích Khi tạo ra một mô men lái thì thanh xoắn bị xoắn tạo ra độ lệchpha giữa rô-to phát hiện số 2 và số 3 Dựa trên độ lệch pha này một tín hiệu điện áp tỉ

lệ với mô men đánh lái được đưa đến ECU.Khi vô lăng được đánh sang bên phải hoặctrái, phản lực của mặt đường sẽ vặn thanh xoắn và tạo nên sự thay đổi vị trí tươngquan giữa rô-to phát hiện số 2 và rô-to phát hiện số 3 Khi đó một tín hiệu điện ápđược cảm biến này tạo ra và gởi đến ECU.Dựa trên độ lệch pha này thì một tín hiệuđiện áp tỷ lệ với mô-men xoắn được đưa vào ECU Dựa trên tín hiệu này ECU tínhtoán mô men trợ lực theo tốc độ xe và dẫn động mô tơ điện với một cường độ, chiềuquay và thời điểm cần thiết Khi vô lăng ở vị trí chính giữa ,thì rô to phát 1 và rô tophát 2 cùng ở vị trí trung gian, tức là chưa có độ lệch pha hay là chưa có tín hiệu xoắn,điện áp lúc đó giữa 2 tín hiệu là 2.5V

Hình 3.7: Khi tay lái ở vị trí trung gian

Khi cảm biến mô men xoắn có sự cố thì giá trị ra giữa VT1 sẽ khác VT2 khi ở vị trítrung gian

Hình 3.8: Tín hiệu cảm biến mô-men xoắn có sự cố

Hình 3.9: So sánh điện áp giữa 2 tín hiệu

Loại lõi thép trượt:

Gồm 1 lõi thép được lắp lỏng trượt trên trục lái, trên đó có 1 rãnh chéo, rãnh này

sẽ được lắp với 1 chốt trên trục lái Phía ngoài lõi thép là 3 cuộn dây quấn: 1 cuộn sơcấp và 2 cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp được cấp 1 nguồn điện xoay chiều tần số cao Tùythuộc vào vị trí của lõi thép mà suất điện động cảm ứng ra trong hai cuộn dây thứ cấpkhác nhau Tín hiệu của 2 cuộn thứ cấp được chỉnh lưu và đưa về mạch so sánh đểbiến đổi thành điện áp tuyến tính tỉ lệ với góc xoắn của 1 thanh xoắn đặt giữa trục lái

và cơ cấu lái ( Như trong van trợ lực thủy lực loại van xoay)

Ba trạng thái của rãnh chéo và chốt và lõi thép tương ứng với các trường hợpquay vòng phải, vị trí trung gian và quay vòng trái cũng được thể hiện trên hình

Hình 3.10: Sơ đồ đặc tính và các vị trí làm việc của

cảm biến mômen loại lõi thép trượt

Loại 4 vành dây:

Hình 3.11: Cấu tạo cảm biến mômen lái loại 4 vành dây

1-Vành 2; 2-Thanh xoắn; 3-Vành 1; 4-Trục vào; 5-Vành 1(phần Stator);

6-Vành 2(Stator); 7-Trục raCảm biến gồm 2 phần:

- Phần stato có 2 vành dây, các dây được cuốn trên các răng thép định hình

- Phần roto có 2 vành dây: 1 vành được gắn với trục răng, phần thứ 2 được gắn vớicác-đăng trục lái Giữa vành thứ nhất và thứ hai có thể xoay lệch nhau 1 góc bằng gócxoắn của thanh xoắn ( Khoảng 7 độ 58 phút)

Sơ đồ bố trí các cuộn dây và xung của cảm biến được trình bày trên hình

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến mô-men lái loại 4 vành dây

3.2.2.3 Cảm biến tốc độ trên ô tô: Gồm 4 loại

- Loại công tắc lưỡi gà

- Loại từ điện

- Loại quang điện

- Loại mạch từ trở MRE

Loại công tắc lưỡi gà: Gồm một tiếp điểm lá đặt trong một ống thủy tinh nhỏ và đặt

cạnh một mâm nam châm quay Mâm nam châm được dẫn động bởi dây côngtơmét.Khi ô tô chuyển động, thông qua bánh vít- trục vít ở trục thứ cấp hộp số làm cho dâycôngtơmét quay và làm quay mâm nam châm Từ trường của nam châm làm cho côngtắc lưỡi gà đóng, mở theo nhịp quay của mâm nam châm và tạo ra chuỗi xung vuông.Cảm biến này thường được lắp ngay sau công tơ mét (đồng hồ tốc độ ô tô) ở bảngtáplô

Loại từ - điện: Gồm 1 cánh phát xung được lắp ở trục thứ cấp hộp số và 1 cuộn phát

xung với 3 phần tử: Lõi thép, nam châm và cuộn dây Được đặt cách cánh phát xungmột khe hở 0,5 ÷ 1,0 mm Mỗi lần cánh phát xung lướt qua đầu cuộn phát xung thì ởcuộn dây sẽ cảm ứng ra 1 cặp xung xoay chiều Tần số xung xoay chiều tỉ lệ với tốc độ

ô tô

Loại quang điện: Được lắp ngay sau đồng hồ báo tốc độ ô tô Bao gồm một cánh xẻ

rãnh được dẫn động quay từ dây đồng hồ báo tốc độ ô tô Cánh xẻ rãnh quay giữa khecủa đèn LED và phototransistor (Transistor quang) Tốc độ quay của cánh sẻ rãnh tỉ lệvới tốc độ ô tô và lần lượt che và thông luồng ánh sáng từ đèn LED sang transistorquang để tạo nên chuỗi xung vuông 0V – 5V tỷ lệ với tốc độ quay của trục thứ cấp hộp

số phản ảnh tốc độ ô tô

Hình 3.13: Ba loại cảm biến tốc độ ô tô

Loại mạch từ trở MRE

Hình 3.14: Mạch cảm biến tốc độ ô tô loại MRE

Hình 3.15: Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE

Cảm biến được lắp ở trục thứ cấp hộp số Cảm biến gồm 1 vòng nam châm nạpnhiều cực lắp trên trục của cảm biến Khi vòng nam châm quay, từ trường sẽ tác độnglên mạch từ trở MRE và tạo ra các xung xoay chiều tại 2 đầu mút 2 và 4 của mạchMRE Các xung đưa tới bộ so và điều khiển transistor để tạo xung 0V – 12V ở đầu racủa cảm biến Tần số xung tỉ lệ với tốc độ ô tô Tín hiệu ra của cảm biến được đưa tớiđồng hồ côngtơmét để báo tốc độ ô tô và đưa tới các ECU như PS ECU, ECT ECU

để điều khiển các cơ cấu chấp hành (ví dụ van điện từ trong hệ thống lái trợ lực thủylực điều khiển điện tử hoặc motor trợ lực lái)

3.2.2.4 Bộ điều khiển trung tâm (EPS ECU)

Bộ điều khiển trung tâm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến trên hệ thống, từ

đó xử lý thông tin nhận được, đánh giá tình trạng xe để đưa ra tín hiệu điều khiển động

cơ điện

Yêu cầu đối với ECU gồm có: