báo cáo đồ án tốt nghiệp hệ thống lái cơ điện tử

Phần mềm này miêu tả các kiểu khác nhau của hệ thống lái trợ lực theo các khái niệm về chức năng, chế độ hoạt động và sự tương hỗ khác nhau: Nội dung nghiên cứu • Hệ thống lái trợ lực ho

Hệ thống lái cơ điện tử

Mục đích nghiên cứu

Cartrain có tiêu đề Hệ thống lái trợ lực cơ điện tử! Nhóm từ LUCAS-NULLE hy vọng bạn có nhiều

niềm vui và sự thích thú trong quá trình học các chủ đề của khóa học này và thực hành các thí nghiệm Các trang sau cung cấp cho bạn sự tổng quát về các nội dung của khóa học và thiết bị yêu cầu

Phần mềm này miêu tả các kiểu khác nhau của hệ thống lái trợ lực theo các khái niệm về chức năng, chế

độ hoạt động và sự tương hỗ khác nhau:

Nội dung nghiên cứu

• Hệ thống lái trợ lực hoạt động như thế nào

• Các kiểu thiết kế khác nhau của hệ thống lái trợ lực điện tử

• Cảm biến mô men hoạt động như thế nào

• Đo các tín hiệu của cảm biến mô men

• Giải thích các góc trục truyền động khác nhau

• Điều kiện đầu tiên

Làm quen với các lĩnh vực được đề cấp bên dưới là cần thiết cho sự tham gia thành công trong việc nghiên cứu này

Các kiến thức về điện tử, sự hoạt động của máy hiện sóng, các kiến thức về CAN BUS

Trước khi bạn thực hiện các bài thí nghiệm ở đây, bạn cần làm việc trước với khóa học Labsoft 7K có tiêu đề “CAN bus”

SO4204-• UNITRAIN INTERFACE SO4203-2A

• UNITRAIN EXPERIMENTER SO4203-2B

• UNITRAIN EXPERIMENTER SO4203-2B

Trước khi bộ giám sát CAN/LIN được sử dụng, phần mềm kèm theo phải được cài trên một máy tính thích hợp.

Hệ thống này bao gồm tay lái trự lực điện tử, bộ nguồn, công tác khóa và các chân kiểm tra.

• Hệ thống lái đã được sửa đổi tương đương VỚI các hệ thống lái ban đầu trong xe ô tô như sau:

• Bánh lái không thể quay được Sau khi công tắc được bật, thanh lái được di chuyển bằng phép đo mômen

và vì vậy làm kích hoạt động cơ điện

• Động cơ ở phía sau là để học, để tạo ra chức năng sự hỗ trợ hệ thống lái rõ ràng hơn Với mô đun ban đầu lực cơ học được ứng dụng từ vô lăng sẽ đo được di chuyển các thanh lái vì vậy điều này chứng minh sự hỗ trợ trợ lực cơ học

Các kiến thức cơ bản về động lực học của xe

Khái niệm động lực học ô tô là sự tác động của tất cả các lực trong sự hoạt động của xe Các lực này khiến ôtô tạo ra các mô men là không mong muốn Do đó, mục đích của động lực xe là để thiết kế khung gầm để

• Lực lái

• Lực góc

•Lực tiếp xúc

•Lực phanh

•Mô men quay

Mô tả trong hình trên là các lực chính tác động trên xe, cũng như các ảnh hưởng của chúng Các lực này được phân loại chúng như bên dưới:

•Theo trục dọc: lực lái xe, lực phanh, lực ma sát

•Theo trục ngang: lực li tâm, gió ngược, lực góc

•Theo trục thẳng đứng: tải bánh xe, lực lắc

Mô tả trong hình trên là các lực chính tác động trên xe, cũng như các ảnh hưởng của chúng Các lực này được phân loại chúng như bên dưới:

Theo trục dọc: lực lái xe, lực phanh, lực ma sát

Theo trục ngang: lực li tâm, gió ngược, lực góc

Theo trục thẳng đứng: tải bánh xe, lực lắc

ra khỏi đường, chẳng hạn

Điểm quan trọng khác lả kết quả, tổng lực phụ thuộc vào lực mặt bên và lực chiều dọc Công hai vec tơ lực này và tính toán biên độ của véc tơ kết quà và tồng lực, nó có thể không bao giờ vượt qua được bán kính này Hơn nữa, mối quan hệ giữa lực dọc và lực mặt bên chỉ ra lốp cỏ thể không còn chuyến động nữa khi tăng tốc tối đa và có thể không được tăng tốc nữa hoặc khi lực bên là tối đa, nếu không lốp mất tiếp xúc với mặt đất (mất độ bam đường)

Vòng tròn của Kamm

Sự hoạt động bên trong của hệ thống

Sự hoạt động của xe có thể được chia thành các phần đặc trưng như sau:

Các đặc trưng góc: Các đặc trưng khung gầm:

Cơ cấu lái bên dưới Sự lệch

Cơ cấu lái bên trên Sự lăn

Đường trung lập Sự lắc

Trước khi các khái niệm này được tìm hiểu, điều quan trọng để giải thích một số khía cạnh Nếu xe vượt qua một đường cong, các bánh của nó phải được thiêt lập băng hệ thống lái một góc tương đương với bán kính của đường cong này, các thành phần cố định bây giờ liên quan để duy trì xe trên đường trong đương cong này

Điều quan trọng nhất, tốc độ của xe được điều chỉnh để đạt được sự phân phối lực tương đương trong vong tròn Kamm Trong trường hợp khác, tổng lực kết quả (bao gồm các lực góc và gia tốc) phải không làm giám đoạn lực kéo giữa lốp và mặt đất, điều gì sẽ xảy ra khi lực tiếp tuyến (hoạt động như hướng của lực động cơ đây) vượt quá lực ma sát tĩnh

Đề tất cả đạt được một lực kéo cơ bản giữa lốp và đường, một lực thông thường (tài bánh xe) phài ép lốp vào mặt đất Tính thống nhất cua lốp và áp lực tạo ra một tlực ma sát tĩnh cấn thiết cho lực kéo Nẻu lốp xe hiện đang tăng tốc theo chiêu dọc, một lực tiếp tuyến được cộng vào Lực tiếp tuyến không bao giờ VLrọt quá lục ma sát tĩnh, nếu không lực ma sát tĩnh chuyển thành lực ma sát trượt Tuy nhiên, Tuy nhiên, ta

không nên măc phải sai lầm của việc xem xét trượt như mội cái gì đó về cơ bản tiêu cực Trượt là cằn thiết

cho chức năng của lôp, lốp cằn phài biến dạng theo cảch thức tối ưu hóa sự kìm kẹp trong các chốt tiếp

xúc Sau đó chì khi lóp đạt được lực kéo hiệu quả Sự biến dạng nồi biến dạng này có thể chỉ khi có sự

khác biệt tốc độ giữa các lốp xe và khung tham chiếu bao gồm lốp xe /mặt đất Rộng lớn hơn lốp, bề mặt lớn hơn lên hệ của nó, do đó làm tăng tăng lực ma sát tĩnh ( nhưng cũng là sực để kháng lăn)

Đối với các lực liên quan đến lốp, các thành phần riêng rẽ của lốp phải được tính toán đến sự căng thích hợp Điều này được mang lại bời sự khác nhau giữa các hướng bánh xe bị tác động, và hương bánh xe di chuyển thực tế Sự khác nhau giữa các góc này gọi là góc trượt, góc này càng rộng, lực bên cạnh càng lớn ảnh hưởng đến lốp xe Nếu lực dọc tạo ra thông qua gia tốc được cộng vào, tổng lực vượỉ quá bán kính vòng tròn Kamm, vi vậy kết quà là mất lực kéo này

Trong hệ thống lái ở trên, tỉ lệ giữa hai góc trượt là ngược nhau Bây giờ, góc ừước của các bánh ờ phía sau là quá lớn

Vi dụ hướng di chuyển thực tể cùa bánh xe phía sau bị lệch từ bánh xe, nỏ là nguyên nhân làm mất tiếp xúc với đất Sự giám đoạn trong lực kéo cùa bánh phía sau là nguyên nhân làm phía sau cùa xe bị đổi hướng và trượt.

Bởi vì hệ thống lái ở trên có thể luôn luôn được phân loại nguy hiểm cao hơn ở hệ thống lái bên dưới, các loại xe được thiết kế có khuynh hướng sử dụng hệ thống lái ở dưới hơn cho lý do an toàn.

Đường trung lập

Trong trường hợp đường trung lập, sự khác nhau giữa các góc trượt của bánh trượt và bánh sau có xu hương về điểm

không, ví dụ tất cả các lốp phải đều giữa tất cả bốn bánh, không có sự giám ddaonj lực kéo của chúng.

Chiếm ưu thế của các xe, sự di chuyển nội tại được miêu tả ngán gọn tiếp theo trong các khái niệm của các lực liên

quan nó tạo ra.

Sự lệch

Khái niệm sự lệch được đề cập đến tại một thời điểm về trực đứng của xe Nói rõ hơn, điều này có nghĩa là sự trượt của xe (chẳng hạn như hệ thống lái ở trên).

Sự lăn

Khái niệm sự lăn được miêu ta ở một thời điểm về trục dọc của xe, nó chỉ ra mức độ lắc lư của xe về bên trái và bên

phải.yếu tố quan trọng ở đây bao gồm góc trung tâm trục lăn và trục gravity của xe, nó được xác định bằng cả trung tâm lăn của góc phía trước và phía sau.

Sự lắc

Khái niệm sự lắc miêu tả một thời điểm về trục ngang của xe Lcujw này có thể được tạo ra trong quá trình phanh và tăng tốc.

Hê thống lái trợ lực có các nhiệm vụ được miêu tả như bên dưới:

• Xoay bánh xe trên trục lái cho mục đích cua

• Xoay các bánh tùy thuộc vào vị trí phía trước (khôi phục lại mô men xoắn)

• Thu nhận các lực ứng dụng (ví dự như các lực phanh và lái) để các đặc tính trợ lực cùa xe không bị suy giảm

• Dịch sự xoay của vô lăng khoảng 2 vòng cần thiết để xoay bánh xe 40°

• Tăng cường lực vật lý cho người lái

Các yêu cầu cần thiết:

Các nhu cầu cao được thay thế hộp số trợ lực, nó phải thực hiện các nhu cầu như:

• Điểm không trọng quá trình di chuyển thẳng về phía trước

• Lực ma sát thấp, do đó đọ chính xác cao

• Có thể điều chỉnh được

• Độ cứng cao

Các kiểu hệ thống lái

Các kiều hệ thống lái

Nếu năng lượng con người đưực sử dụng hoàn toàn đẻ lái xe, người ta sẽ nói là hệ thông lại cơ học hoàn toàn Nếu năng lượng cơ bắp không đủ cho các lực lái quá lo’n, hệ thống lái trợ lực phải được thực hiện Không phân biệt nảy sự khác biẹt đề cập dươi đây được thực hiện tùy thuộc vào sự sắp xếp của trục lái cùa bánh xe

Hệ thống lái kiẻm bàn xoay

Hệ thống lái kiểm Ackermann

Hệ thống lái kiểu bàn xoay

Loại hệ thống lái này chì được sử dụng cho xe nhiều trục

Các ưu điềm cùa hệ thống lái kiều bàn xoay:

Trọng tâm cao của trọng lượng của xe và độ nghiêng lớn khi vào cua

Bề mặt hỗ trợ hẹp trong vùng lân cận của tắm pivot khi vô lăng được xoay (nguy hiểm)

Hệ thống lái Ackermann

Xe với hệ thống lái kiểu Ackermann có sự tách trực lái với các bánh xe Trục này có thể bao gồm trục quay

chính hoặc đường kết nối giữa các điểm hệ thống lái trên và dưới

Cổ trục được gắn vào bánh xe và được xoay bởi trục lái Mỗi trục journai

có một cánh tay thanh rằng, lực hệ thống Lái được ứng dụng trực tiếp qua thanh rằng Trong trường hợp hệ thống lái được kiểu Ackermann, thì lực lái được ứng dụng cho cánh tay lái và được truyền qua ở đến cổ trục

Hệ thống lái kiểu Ackermann có những ưu điểm sau:

•Bề mặt hỗ trợ làm giảm một chút khi vô lăng được xoay

•Không gian giữa các bánh lái có thể được sử dụng đề cai các thiết bị nằm ở dưới

Thay đổi thiết kế hệ thống lái

Mục đích của hệ thống lái cơ cấu thanh răng:

Hệ thống lái cơ cấu thanh răng thay thế cho thanh liên kết, chuyển đồi sự quay của trục lái qua các thanh giằng vả tay đòn ngắn bên trong quá trinh quay cua bánh xe Bánh răng hoạt động ê ả, và sự rung lắc được truyền từ đường tơi bánh lái trong khi người lái xe càm nhận từ đường (phản hồi)

Chế độ hoạt động

Bánh răng có xoắn ốc được gắn trên trục lái trong vò lái Bánh rảng cỏ xoắn ốc này ăn khớp với răng của thanh răng Được điều chỉnh bởi chổi, thanh răng này được nén và tì vào bánh răng bằng đĩa lò xo qua một bộ phận nén Bánh răng có thể được cố định với thanh răng để cố định hoặc thay đồi tỉ lệ truyền

Hệ thống lái ồ bi tuần hoàn

Trong trường hợp của bộ hệ thống lái ồ bi tuần hoàn, dãy ồ bi cuối truyền lực qiữa trục vít lái

(trục lái) và đầu nối hệ thống lái.

Thiết kế nảy của hệ thống lái ổ bi tuần hoàn được minh họa ờ bên dưới.

Sử dụng

Phương pháp ổ bi tuần hoàn được sử dụng rộng trong các xe hạng năng như xe tài, nhiều lực được yêu cầu cho hệ thống lái ờ đây

Tay lái trợ lực

Lịch sử của hệ thống lái trợ lực công suất

Hệ thống lái trợ lực công suất được giới thiệu trong năm 1926 bởi kỹ sư Francis w Davis mặc dù một số bang sáng che đã được đẹ trinh trước dó Mặc dù sự nghiên cứu và phát triền, không cỏ nhà san xuất xe náo ờ thơi điérn đó đã cài đặt hệ thónq la' r?i •c c°ng SIJât tron9 bát kỳ dây chuyển sản xuất xe nào (vl lý do Chi phi) Mäi Cho đen năm 1951, tức là phần tư thế kỳ sau đó, rằng một nhà sản xuất Mỹ cung cấp trự lực lái trong một chiếc xe sản xuất hàng loạt

Dạn dan, ngày càng nhiều xe được trang bị hoặc được cung cấp với tay lãi trợ lực Tien phong trong linh vực này là các nhà sản xuất Mỹ với xe lởn và tocủa họ

Ngày naỵ, gần như tất cả các xe có tay lái trợ lực, các loại xe không có chạy không có tay lái trợ lực nữa Vi vậy, hệ thống lái trợ lực đã trờ thành không thẻ thiếu, du cho xe limousine cao cấp hoặc xe nhò

Tai sao phải dùng tav lái trơ lưc?

Hệ thống lái trợ lực để hỗ trợ sự hoạt động lái Bộ trợ lực này tăng cường lực cho người lái trên thanh ràng hệ thống lái, vi vậy làm giảm bớt lực CO' học cho người lái Tay lái trợ lực trợ giúp nâng cao sự án toàn và sự tiện ich Tại trọng lượng trục cao and/or không gian hạn chế và làm gia tăng khối lượng truy nhập, đièu quan trọng

có thể thay đổi hướng nhanh không cần lực cơ hpc vật lý lớn

Các loại hệ thống lái trợ lực

Hê thống lái trợ lưc thủy lực

Hệ thống lái trợ lực thùy lực trợ giúp tạo ra lực phụ bằng phương pháp bom thủy lực điều khiển trực tiếp bằng động cơ qua một dây đai Bơm này được liên kết đến hộp so tay lái trợ lực qua đường áp suất cao và đường hồi Khi tay lái trợ lực được hoạt đông van mở và dầu cho phép bên trong buồng làm việc Kết quả là một pis tông

đước thiết lạp trong sự di chuyện để cung cấp trợ lực cho tay lái Bời vì, áp suát servo được duy trĩ ờ tất cả các

lần, dầu thủy lực trờ thành quá nóng Trên được quay lại của nó từ hộp số tay lái tới sự tái sử dụng, vì vậy dầu cần được tách ra để làm mát.

Hê thống lái trợ lực thủy lực - điên từ (Servotronic)

Đây là loai trợ lực lái sử dụng một máy bơm thủy lực điều khiển bằng điện thay vì một điều khiển máy móc Một lợi thế ở đây là các máy bơm thủy lực chỉ chạy khi năng lượng phụ trợ thực sự cần thiết Điều này giúp loại bỏ sự cần thiết cho một cuôn dây làm mát, ví

dụ, bởi vì các chất lỏng thủy lực không nóng lên càng nhiều Các năng luợng phụ trợ được quy định bởi một đơn vị kiểm soát, làm cho

nó có thể

Bộ tay lái trợ lực điện tử

Trong trường hợp bộ tay lái trơ lực điện tử, lực phụ trợ cần thiết cho sự hỗ trợ lải được tạo ra từ

động cơ điện Bời vì hỗ trợ hệ thống lái ở đây chì được cung cáp khi cần thiết, loại này tiết kiện đến 90% năng lượng so với hệ thống lái trợ lực thủy lực Bộ điều khiển được tích hợp bên trong hệ

thống lái trợ lực điện tử để thiết lập các tham số liên quan để mô men lái, gốc lái và tổc độ của xe,

và sử dụng dữ liệu này để tính toán dòng điện cho động cơ điện cung cấp cho sự hỗ trợ lái

Giảm tới 90% sự tiêu thụ năng lượng; điều này tiết kiện nhiên liệu và làm giảm lượng khí thải các bon đi ò xít.

Không cần các thành phần như là bơm servo, van ừợ lực, bình dầu servo, cuộn dây làm mát, đường ống áp suất cao hoặc VÒI.

Không cần dầu, vì vậy trách sự rò rỉ nếu hệ thống lái trợ lực bị nguy hại trong taí nạn.

Trọng lượng giảm.

Hệ thống lái trợ lực điện tử có thể kết hợp với sự hỗ trợ đô xe, hỗ trợ giữa làn đường và hỗ trợ hệ thống lái khẩn cấp.

Bảo trì miễn phí

Có khả năng chuẩn đoán lỗi

Động cơ của bộ tay lái trợ lực điện tử

Bởi vì động cơ không có chổi than, nên động cơ điện này được bảo trì miễn phí Nó cần cưng cấp lực được yêu cầu cho sự hỗ trợ tay lái trợ lực chính xác và tin cậy.

Trong trường hợp của một vài tay lái trợ lực thay đổi, thiết kế của động cơ điện nảy ngày càng nhỏ gọn hơn, cho phép lắp đặt trực tiếp ừên cột hệ thống lái trong nội thất của xe.

Sự lắp đặt khác nhau cho động cơ của bộ tay lái trợ lực điện tử Đôna cơ servo

Trên tay lái

Động cơ servo và các thiết bị điện tử của nó được tích hợp bên trong tay lái Sự kết hợp này được liên kết qua tay cầm trung gian và các điểm nối theo quy ước cơ khí tới hệ thống lái cơ cấu truyền thanh răng Các cảm biến và thanh xoắn được đặt ở bên trong bộ servo Bộ điều khiển này cho hệ thống lái trợ lực điện tử luôn luôn được gắn gần bộ servo.

Trong trường hợp một mẫu xe đã được chào có hoặc không có tay lái trợ lực, thì tí số truyền cùa hộp số trợ lực thay đổi tùy thuộc vào có hoặc không có hệ thống lái trợ lực Các phép đo trục cũng có thể thay đỗi theo các phiên bản có hoặc không có tay láí trợ lực Bởi vỉ tay lái trợ lực không thể nhìn thấy từ bên ngoài cùa xe, sự khác nhau này yêu cầu sự chú ý đặc biệt.

Bô Servo trên bánh răng

Trong trưởng hợp này, công suất phụ được cung cấp trực tiếp tớỉ bánh rằng cùti hộp sổ tay lái Bộ servo này và thanh xoắn được gắn ở bén phải củ® bánh ràng

Bô Servo song song với trục

Theo sự thay đổi này, bộ servo được đặt song song VỚI thanh rồng Sự hổ trợ tay lál được truyèn bởi động

cờ điện qua dây đai răng tớl bánh răng tuần hoán, nô chuyển đồi sự truyèn động quay thành sự di chuyổn ngang tuyến tính của thanh răng

Bộ Servo trên bánh răng thứ hai

Sự lắp đặt của bộ servo trên bánh răng thứ hai cho phép tách không gian giữa cảm biến và bộ truyền động Kết quả là, tỉ sổ của bánh răng truyền động cổ thể được thiết lập các giá trị khác nhau Điều này cho phép

tĩ sổ của bánh râng truyền động có thể được điều chỉnh cho sự thực hiện tối ưu Sự thực hiện của hệ thống này cò thể nâng cao hơn từ 10% -15% Bởi vì vị trí của bộ servo có thế được sếp xểp riêng rẽ xung quanh hộp số trợ lực điều này sẽ tối ưu hóa được không gian lắp đặt đảm bảo sự an toàn tuyệt đối Bằng sự điều chỉnh bộ truyền động bánh rằng, bộ truyền động này có thể được định vị trên góc 360° tương đương với trục của thanh răng và bánh răng truyền động Động cơ servo

Động cơ servo tuân thủ theo nguyên tắc của một động cơ điện thông thường, các thành phần chính ở đây bao gồm một rôto và một stator Rô to này là một nam châm vòng 6 cực được tạo ên bằng các vật liệu được biết như là “kim loại chất hiếm” Đây là phần tử hóa học từ nhóm bao của bảng tuần hoàn Tên của nó được dựa vào thực tế các phần tử này được khám phá là chất hiếm từ đó họ đã được trích xuất Tuy

nhiên, các chất thực sự xảy ra khá phổ biến trong lớp vỏ của trái đất

Cái mà tạo ra sự đặc biệt của chất này là nó được sử dụng để tạo ra nam châm đặc biệt mạnh với kích thước hình họa rất nhỏ Thực tế thuộc tính này được sử dụng cho động cơ servo

Stator bao gồm chín cuộn dây được cấp điện để tạo ra từ trường có hình dạng sin Ba cuộn dây là một nhóm, các pha dịch chuyển với nhau là 120 giữa các dòng điện của các nhóm được tạo lên Điều này tạo ra từ trường nam châm động làm cho trôto quay.

Để động cơ chạy êm, nam châm vĩnh cửu được từ hóa ở một góc.

Để điều khiển động cơ chính xác, bộ điều khiển hệ thống lái trợ lực cần biết vị trí chính xác của động cơ Điều này được xác định bằng cách sử dụng dạng encoder vị trí động cơ là một phần bên trong của động cơ là một phần bên trong của động cơ servo

và được gắn ở cuối tay đòn Tín hiệu encoder có thể được sử dụng để điều khiển hướng và tốc độ chiều quay Nếu sự cố encoder

vị trí động cơ gặp phải Thì sự hỗ trợ lái cơ học bị tắt, và một sự cảnh báo sẽ được cung cấp ra ngoài.

Thanh xoắn Động cơ bước