Nghiên cứu chung hệ thống lái trợ lực điện trên toyota corolla altis 1 8AT 2014

Để đáp ứng cho các đòi hỏi này,việc nghiên cứu và phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điệnđiện tử nhằm mục đích nâng cao hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó.Điểm

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành ô tô giữ một vị trí quan trọng trong sự phát triển của xã hội ô tô đượcdùng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân ở nhiều lĩnh vực khác nhau như côngnghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, quốc phòng an ninh Trênnền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế ngành côngnghiệp ô tô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển Thể hiện bởi cácliên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển rộng lớntrên hầu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA, DAEWOO Một vấn

đề lớn đặt ra đó là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu của các loại xe hiện đại, củatừng hệ thống trên xe để từ đó khai thác và sử dụng xe một cách có hiệu quả cao,đáp ứng yêu cầu giữ tốt, dùng bền, an toàn, tiết kiệm

Một trong những hệ thống quan trọng của ô tô là hệ thống lái Hệ thống này cóchức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổn địnhchuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng Trong quá trìnhchuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹđạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao Do đó người takhông ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó

Hệ thống lái đơn giản, điều khiển cơ khí được sử dụng trên các loại xe từ cácloại xe thô sơ đến những chiếc xe ô tô đầu tiên ra đời Ô tô phát triển ngày càngvận chuyển được nhiều hơn, nhanh hơn do đó việc lái và điều khiển sẽ ngày càngkhó khăn Do đó các hãng xe đã nghiên cứu và phát triển nhiều hệ thống hỗ trợcông việc điều khiển xe của con người như hệ thống lái thủy lực, hệ thống láiđiện

Hệ thống lái điện đang được áp dụng trên nhiều xe hiện đại đời mới vì nó cónhiều ưu điểm hơn các hệ thống lái khác, để hiểu thêm nó có những ưu điểmnào, hoạt động của nó ra sao, những hư hỏng và sửa chữa hệ thống lái điện ta

cùng nghiên cứu về hệ thống này cụ thể trên xe Toyota Corolla Altis 1.8AT2014.

Nội dung của đề tài ''Nghiên cứu chung hệ thống lái trợ lực điện trên

Toyota Corolla Altis 1.8AT 2014'' gồm các phần như sau:

Lý thuyết :

- Chương 1: Tổng quan hệ thống lái trên ô tô

- Chương 2: Nguyên lý làm việc chung của hệ thống lái trợ lực điện

- Chương 3: Đặc điểm kết cầu hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Corolla Altis 1.8AT

-Chương 4: Sửa chữa bảo dưỡng hệ thống lái trên xe Toyota Corolla Altis 1.8AT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau

- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định, không bị nhao lái sang hai bên khi đangchuyển động thẳng:

+ Các bánh xe dẫn hướng phải đảm bảo về áp suất, độ mòn và ổn định

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làmviệc, mọi chế độ chuyển động

- Đảm bảo tính cơ động cao: tức là xe có khả năng quay vòng tốt, bán kính quayvòng nhỏ thuận tiện trên diện tích nhỏ

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mònlốp, giảm tính ổn định của xe.

- Giảm các va đập từ đường lên vô lăng khi xe chuyển động trên đường xóc, gồghề hay chướng ngại vật

- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện giúp người lái thoải mái và không tốn nhiều sức lực trong việc lái xe

- Cơ cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa

1.1.3 Phân loại hệ thống lái.

- Theo phương pháp quay vòng

+ 2 bánh trước dẫn hướng: được sử dụng phổ biến nhất trên xe con, xe du lịch,

xe tải nhỏ và vừa

+ 4 bánh trước dẫn hướng: Sử dụng trên các xe tải có trọng tải lớn

+ 2 bánh sau dẫn hướng

+ 4 bánh trước và sau dẫn hướng

+ Kiều bẻ gãy thân xe

-Theo vị trí vô lăng

+ Vô lăng bố trí bên trái

+ Vô lăng bố trí bên phải

Tùy thuộc vào luật của các nước mà bố trí khác nhau nhằm thuận lợi cho người lái dễ quan sát, nhất là khi vượt xe

- Theo kết cấu cơ cấu lái

+ Trục vít – cung răng

+ Trục vít – chốt quay

+ Trục vít – con lăn

+ Bánh răng – thanh răng

+ Thanh răng liên hợp ( Trục vít – liên hợp ecu bi – cung răng )

- Theo cơ cấu trợ lực

+ Sơ đồ kết cấu 1 hệ thống lái đơn giản.

Hình 1.1.1: Hệ thống lái đơn giản

1 Vành lái 2 Trục lái

3 Cơ cấu lái 4 Khung xe

5 Các cơ cấu dẫn động lái

1.1.4.2 Cách bố trí hệ thống lái trên xe.

Hình 1.1.2: Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe.

Các bộ phận chính của hệ thống lái.

- Vành lái:

+ Là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận momen quay của ngườilái và truyền cho trục lái Vành tay lái có cấu trúc tương đối giống nhau trên cácloại xe bao gồm vành hình tròn bên trong bằng thép và được bọc bằng nhựa hoặc

da Lắp ghép với trục lái bằng then hoa, ren và đai ốc Ngoài chức năng chính làtiếp nhận momen quay từ người lái vành lái còn là nơi bố trí một số bộ phận nhưcòi, túi khí và các nút điều khiển khác

+ Vành lái phải đảm bảo vững chắc và tính thẩm mỹ với nội thất xe

- Trục lái:

+ Bao gồm trục lái chính làm nhiệm vụ truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái.Đầu trên của trục lái chính được làm thon và xẻ răng cưa, vành lái được siết chặtvào trục lái bằng đai ốc Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái bằng

khớp nối mềm hoặc khớp nối các đăng để giảm thiều chấn động từ mặt đườnglên vành tay lái.

+ Ngoài chức năng trên trục lái còn là nơi bố trí các cần điều khiển đèn chiếusáng, xi nhan, gạt mưa và nước rửa kính

+ Trục lái phải đảm bảo độ cứng để truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái vàđảm bảo giảm các rung động trong khi chuyển động từ mặt đường lên vành lái,trục lái cần có kết cấu gọn bố trí hợp lý

+ Hiện nay kết cấu trục lái rất đa dạng, đa số các xe sử dụng loại trục gãy đượccấu tạo từ các trục có khớp nối các đăng

Cấu tạo 1 trục lái

Hình 1.1.3: Các chi tiết của trục lái

1 Phần vành lái 2 Các cần điền khiển đèn, gạt mưa

3 Cụm khóa điện 4 Vỏ trục lái

5 Khớp các đăng 6 Trục các đăng 7 Khớp cao su

- Cơ cấu lái

Cơ cấu lái có chức năng biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển độngthẳng dẫn đến các đòn kéo dẫn hướng

Cơ cấu lái sử dụng trên các xe ô tô hiện nay rất đa dạng tuy nhiên để đảm bảothực hiện tốt được chức năng trên thì chúng phải đảm bảo được các yêu cầu sau:+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái phải đảm bảo phù hợp với từng loại ô tô.+ Có kết cấu đơn giản, tuổi thọ cao và giá thành thấp, dễ dàng tháo lắp và điềuchỉnh

+ Độ rơ của cơ cấu lái phải nhỏ

- Các kiểu cơ cấu lái:

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng: có kết cấu đơn giản nên được sử dụngkhá rộng rãi trên các loại xe ô tô hiện nay Nó bao gồm một bánh răng nghiêngthông thường được chế tạo liền với trục lái và ăn khớp với một thanh răngnghiêng, hai đầu của thanh răng có thể liên kết với trực tiếp với các đòn dẫnđộng lái bằng khớp trụ hoặc thông qua hai thanh dẫn động khác bằng được bắt

bu lông

Cơ cấu lái kiểu này có kết cấu gọn tuy nhiên tỉ số truyền nhỏ thích hợp bố trí trêncác loại xe nho Độ dơ tay lái nhỏ do được dẫn động trực tiếp hơn so với các loại

cơ cấu lái khác

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn: Kiểu cơ cấu lái này sử dụng cặp ăn khớp trụcvít, con lăn để thực hiện quá trình điều khiển xe chuyển hướng hay quay vòng

Ưu điểm của cơ cấu này là có kết cấu gọn, bền và có khả năng chống mòn cao.+ Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp

- Cơ cấu dẫn động lái

Cơ cấu dẫn động lái có chức năng truyền chuyển động điều khiển từ hộp cơ cấulái đến hai ngõng quay của hai bánh xe Bảo đảm mối quan hệ cần thiết về góc

quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện quay vòng.Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảobằng kết cấu của hình thang lái.

Cơ cấu dẫn động lái bao gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết Tuỳ theocấu trúc khung gầm của từng xe người ta bố trí các loại cơ cấu dẫn động lái khácnhau

- 1 số cơ cấu khác trên hệ thống lái.

+ Bộ phận giảm chấn: Khi chiếc xe gặp tai nạn, bộ phận giảm chấn ngăn khôngcho trục lái chính làm tổn thương người lái bằng hai mức độ: Gãy ngay khi xảy

ra va trạm(primary shock); và hấp thụ lực của thân người lái va vào vô lăng doquán tính (secondary shock)

+ Cơ cấu "gật gù":Cơ cấu "gật gù" cho phép lựa chọn vị trí vô lăng (theo hướngthẳng đứng) để thích hợp với vị trí ngồi lái của người lái xe

Cơ cấu tay lái nghiêng được phân loại thành loại điểm tựa trên và loại điểm tựadưới

Hình 1.1.4: Cơ cấu gật gù của trục lái.

+ Cơ cấu trượt: Cơ cấu trượt tay lái cho phép điều chỉnh vị trí vô lăng về phíatrước hoặc về phía sau cho phù hợp với vị trí, tầm vóc của người lái xe

Hình 1.1.5: Cơ cấu trượt của trục lái.

1.1.4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái cơ bản.

- Khi muốn đánh lái sang phải hoặc sang trái người lái quay vành tay lái theochiều kim đồng hồ hoặc ngược lại Tùy thuộc vào đánh lái nhiều hay ít mà ngườilái quay nhiều vòng hoặc ít

- Vành tay lái quay truyền chuyển động đến trục lái

- Đầu cuối trục lái được liên kết với cơ cấu lái bằng khớp các đăng

- Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay từ trục lái thành chuyển độngtịnh tiến và chuyền tới cơ cấu dẫn động

- Cơ cấu dẫn động gồm các khớp nối với bánh xe làm quay bánh xe theo hướngmong muốn của người lái.

1.2 Hệ thống lái có trợ lực.

1.2.1 Khái niệm hệ thống lái có trợ lực.

- Hệ thống lái có trợ lực là hệ thống lái có khẳ năng tạo 1 lực phụ hỗ trợ lái xequay vòng tay lái Việc trang bị hệ thống trợ lực sẽ mang lại những lợi ích sau:+ Giảm nhẹ cường độ lao động của người lái: Khi xe có tải trọng lớn hay ở tốc

độ cao việc quay vòng tay lái sẽ rất khó khăn Hệ thống sẽ hỗ trợ 1 phần lực đểquay vòng tay lái nhẹ nhàng

+ Nâng cao tính an toàn cho xe nhờ sự chính xác và dễ dàng trong lái xe

+ Giảm nhẹ những va đập từ đường lên vành tay lái do đường xóc, mấp mô

1.2.2 Yêu cầu.

- Bộ trợ lực lái phải đảm bảo lực điều khiển trên bành lái đủ nhỏ để giảm cường

độ lao động nhưng cũng đủ gây cảm giác điều khiển cho người lái

- Khi hệ thống trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn có thể điều khiển được như hệthống lái thông thường

- Kết cấu đơn giản, dễ sửa chữa

+ Cơ cấu chấp hành dùng để tạo lực tác dụng hỗ trợ cho việc quay vành tay lái

1.2.4 Hệ thống lái trợ lực thủy lực.

1.2.4.1 Các bộ phận chính.

Hình 1.2.1: Cụm bơm của hệ thống lái trợ lực thủy lực1-Bình chứa; 2-Van điều khiển lưu lượng;

3-Thân bơm; 4- Thiết bị bù không tải

- Bình chứa: Chứa và cung cấp dầu trợ lực lái, được lắp trực tiếp vào thân bơmhoặc tách biệt Nếu không được lắp trực tiếp thì sẽ được nối với thân bơm bằng 2ống mềm Nắp bình chứa có thước đo mức dầu

- Thân bơm:

+ Bơm thuỷ lực là bộ phận cấu thành bộ trợ lực thuỷ lực Được dẫn động bởiđộng cơ bằng đai và puli, nó có chức năng tạo ra áp suất dầu đủ lớn để cung cấpcho van phân phối dẫn đến các ngả của xylanh lực hỗ trợ cho quá trình xoay cácbánh xe dẫn hướng

+ Lưu lượng của bơm tỉ lệ với tốc độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vàohộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ 1 van điều khiển lưu lượng và lượng dầu thừađược đưa trở về đầu hút của bơm.

+ Bơm phiến gạt

Cấu tạo của loại bơm phiến gạt

Hình 1.2.2: Hình tháo rời của bơm trợ lực kiểu phiến gạt

1 - Bình chứa dầu 4 - Rôto quay 7 - Cụm van điều tiết

2 - Van xả không khí 5 - Trục quay 8 - Vỏ bơm

3 - Đĩa phân phối 6 - Phiến gạt 9 - Nắp bơm

Bình chứa dầu (1) được dập bằng thép, là nơi chứa dầu chịu áp suất cao cung cấpcho bơm làm việc Rôto (4) được lắp chặt với trục (5) bằng then, trên rôto có cácrãnh trong các rãnh có chứa các phiến gạt, các phiến gạt này có thể chạy tự dotrong rãnh và được giới hạn bởi đĩa (3) mặt trong của đĩa có dạng hình ô van,mặt ngoài có dạng hình tròn và được cố định với thân bơm (8) bằng bu lông,thông thường thân bơm được đúc bằng gang Lưu lượng của bơm được ổn địnhbăng cụm van điều tiết (7)

- Van điều khiển lưu lượng

Van điều khiển lưu lượng điều chỉnh lượng dòng chảy dầu tư bơm tới hộp cơ cấulái, duy trì lưu lượng không đổi mà không phụ thuộc tốc độ của bơm

1.2.4.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực thủy lực.

- Hệ thống lái có trợ lực sử dụng công suất của động cơ để dẫn động bơm trợ lựclái tạo áp suất thuỷ lực Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầutại van điều khiển Vì áp suất dầu đẩy pít tông trong xi lanh trợ lái, lực cần đềđiều khiển vô lăng sẽ giảm

Hình 1.2.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống lái trợ lực thủy lực

- Hoạt động của bơm trợ lực: Rô to quay trong một vòng cam được gắn chắc với

vỏ bơm Rô to có các rãnh đẻ gắn các cánh bơm được gắn vào các rãnh đó Chu

vi vòng ngoài của rô to hình tròn nhưng mặt trong của vòng cam hình ô van dovậy tồn tại một khe hở giữa rô to và vòng cam Cánh gạt sẽ ngăn cách khe hởnày để tạo thành một buồng chứa dầu

Cánh bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của vòng cam bằng lực ly tâm và áp suấtdầu tác động sau cánh bơm, hình thành một phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất từ giữacánh gạt và vòng cam khi bơm tạo áp suất dầu

Dung tích buồng dầu có thể tăng hoặc giảm khi rô to quay để vận hành bơm Nóicách khác, dung tích của buồng dầu tăng tại cổng hút do vậy dầu từ bình chứa sẽđược hút vào buồng dầu từ cổng hút Lượng dầu trong buồng chứa giảm bên phía

xả và khi đạt đến 0 thì dầu trước đây được hút vào buồng này bị ép qua cổngxả.Có 02 cổng hút và 02 cổng xả Do đó, dầu sẽ hút và xả 02 lần trong trong mộtchu kỳ quay của rô to

Hình 1.2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm

- Van điều khiển lưu lượng: Lưu lượng của bơm trợ lực lái tăng theo tỷ lệ với tốc

độ động cơ Lượng dầu trợ lái do pít tông của xi lanh trợ lực cung cấp lại do lượng dầu từ bơm quyết định Khi tốc độ bơm tăng thì lưu lượng dầu lớn hơn cấpnhiều trợ lực hơn và người lái cần tác động ít lực đánh lái hơn Nói cách khác, yêu cầu về lực đánh lái thay đổi theo sự thay đổi tốc độ Đây là điều bất lợi nhìn

từ góc độ ổn định lái Do đó, việc duy trì lưu lượng dầu từ bơm không đổi khôngphụ thuộc tốc độ xe là một yêu cầu cần thiết Đó chính là chức năng của van điều

khiển lưu lượng

Thông thường, khi xe chạy ở tốc độ cao, sức cản lốp xe thấp vì vậy đòi hỏi ít lực lái hơn Do đó, với một số hệ thống lái có trợ lực, có ít trợ lực hơn ở điều kiện tốc độ cao mà vẫn có thể đạt được lực lái thích hợp

Tóm lại, lưu lượng dầu từ bơm tới hộp cơ cấu lái giảm khi chạy ở tốc độ cao vàlái có ít trợ lực hơn Lưu lượng của bơm tăng lên theo mức tăng tốc độ bơmnhưng lượng dầu tới hộp cơ cấu lái giảm Người ta gọi cơ cấu này là loại lái cótrợ lực nhạy cảm với tốc độ và nó bao gồm van điều khiển lưu lượng có một ốngđiều khiển

- Thiết bị bù không tải: Trong quá trình hoạt động khi ta quay vành tay lái hết cỡsang phải hay sang trái, lúc này bơm sẽ tạo ra áp suất dầu lớn nhất, phụ tải trênbơm tối đa sẽ làm giảm tốc độ không tải của động cơ Để giải quyết vấn đề nàyhầu hết trên các bơm trợ lực đều được trang bị thêm thiết bị bù không tải để tăngtốc độ không tải của động cơ

1.2.5 Hệ thống lái trợ lực điên

- Do đòi hỏi tốc độ ngày một cao hơn, chất lượng tốt hơn và yêu cầu giảm nănglượng tiêu thụ ở phương tiện ngày một gia tăng Để đáp ứng cho các đòi hỏi này,việc nghiên cứu và phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điệnđiện tử nhằm mục đích nâng cao hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó.Điểm đặc biệt đó gồm hai đề xuất là giới thiệu lôgíc toán học và hệ thống láichuyên sâu phù hợp với môi trường xe chạy bằng cách thay đổi các trợ lực chophù hợp với điều kiện giao thông hoặc điều kiện bề mặt đường để tạo cảm giácnhạy bén khi lái xe Vấn đề quan trọng nhất là khả năng phản ứng tức thời củatrợ lực lái, gây cảm giác cho người lái làm họ phải chú ý đến sự biến đổi do phảnlực lái gây ra Như vậy, hệ thống cung cấp cho người lái xe các thông tin cần lưu

ý trong điều kiện vận hành của phương tiện, ví dụ: Sự biến đổi vận tốc và giatốc, phản lực lái, không chỉ cải thiện mối quan hệ giữa người lái và phương tiện

mà còn có thể tạo ra sự phù hợp giữa cảm giác của người lái và hệ thống lái,nhưng chức năng tự động bù khi phương tiện có những biến đổi không đồng đều

mà nguyên nhân do sự xáo trộn gây ra cũng có thể được giải quyết

- Trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) là một hệ thống điện hoànchỉnh làm giảm đáng kể sức cản hệ thống lái bằng cách cung cấp dòng điện trựctiếp từ mô tơ điện tới hệ thống lái Thiết bị này bao gồm có cảm biến tốc độ xe,một cảm biến lái (mômen, vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một môtơ.Tín hiệu đầu ra từ mỗi cảm biến được đưa tới ECU có chức năng tính toán chế

độ điều khiển lái để điều khiển hoạt động của môtơ trợ lực

- Trợ lái thuỷ lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thuỷ lực và tạomômen trợ lực, do vậy làm tăng phụ tải động cơ, dẫn đến tốn nhiên liệu mà hệthống trợ lực điện dùng mô tơ điện nên không cần công suất động cơ và làm choviệc tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn

- Ta có 2 kiểu bố trí mô tơ điện: + Bố trí trên trục lái

+ Bố trí trên cơ cấu lái

1.2.5.1 Sơ đồ.

Hình 1.2.5: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện

1.2.5.2 Các bộ phận chính.

- Động cơ điện.

Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụng loạiđộng cơ điện một chiều, nó bao gồm rôto, stato, trục chính và cơ cấu giảm tốc.

Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít, mô men do rôto động cơ điện tạo

ra được truyền tới cơ cấu giảm tốc sau đó được truyền tới trục lái chính Trục vítđược đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn và tăng tuổi thọ làm việc, khớp nối đảm bảocho việc nếu động cơ bị hư hỏng thì trục lái chính và cơ cấu giảm tốc không bịkhóa cứng lại và hệ thống lái vẫn có thể hoạt động được

- Cảm biến, rơle điều khiển.

- Cảm biến mô men quay trục lái

Cấu tạo của cảm biến mô men trục lái Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mômen lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính.Người ta bố trí vòng phát hiện một và hai trên trục sơ cấp phía vô lăng và vòngphát hiện thứ ba trên trục thứ cấp Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhaubằng một thanh xoắn

Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài

để hình thành một mạch kích thích Khi tạo ra mô men lái thanh xoắn bị xoắn tạo

ra độ lệch pha giữa vòng phát hiện thứ hai và ba Dựa trên độ lệch pha này mộttín hiệu tỉ lệ với mô men được đưa vào ECU Dựa trên tín hiệu này ECU tínhtoán mô men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ điện với một cường độ,chiều và thời điểm cần thiết

- Rơle điều khiển

Rơle điều khiển có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và cung cấp điệncho động cơ điện một chiều hoạt động và ngắt điện ngừng quá trình trợ lực

ECU EPS: ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá chung tình trạng

của xe và quyết định dòng điện cần thiết để đưa vào động cơ điện một chiều đểtrợ lực

ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đưa tới ECU EPS

ECU động cơ nhận biết tốc độ của động cơ và đưa tới ECU EPS.

Trong trường hợp hệ thống có sự cố ECU EPS sẽ gửi tín hiệu tới rơle bật sángđèn trên trên đồng hồ táp lô

1.2.6 Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái trợ lực thủy lực.

- Hệ thống trợ lực điện có kết cấu đơn giản, gồm ECU, mô tơ điện và các cảmbiến Hệ thống trợ lực thủy lực gồm bơm dầu,van và các đường dầu phức tạp

- Hệ thống lái trợ lực điện đảm bảo được sự chính xác, nhẹ nhàng

- Bơm dầu của hệ thống lái trợ lực thủy lực được dẫn động từ động cơ do đó tiêuhao công suất động cơ Còn mô tơ điện của hệ thống trợ lực điện dùng điện từ ắcquy hoặc máy phát

- Hệ thống lái trợ lực thủy lực phức tạp do đó sửa chữa khó khăn Nhiều hư hỏng

do đường dẫn dầu, rò rỉ dầu trợ lực

Chương 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI

TRỢ LỰC ĐIỆN 2.1 Khái quát hệ thống lái trợ lực điện

2.1.1 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện

Các phần tử chính cua trợ lực lái điện gồm có: Mô tơ điện một chiều; Các cảmbiến; Bộ điều khiển trung tâm (ECU); Hộp giảm tốc

* Mô tơ:

Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắnvới bộ truyền động của trợ lực lái Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện cónhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng cácyêu cầu:

- Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng

- Mô tơ 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.

Do vậy Mô tơ điện có các đặc điểm:

- Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản

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

- Dao động và tiếng ồn nhỏ

- Lực quán tính và ma sát nhỏ

- Độ an toàn và độ bền cao

* Bộ điều khiển trung tâm (ECU)

Bộ điều khiển trung tâm (ECU) nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lýthông tin để điều khiển mô tơ

Yêu cầu đối với ECU gồm có:

- Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dòng điện mô tơ) Cácchức năng này gồm có:

(1) Điều khiển được dòng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định

Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dòng điện cấp cho Mô tơ ) theo tốc độ xe vàmô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe (2) Điều khiển bù

Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho Mô tơtương ứng với sự biến động mô-men xoắn đầu vào

(3) Bù ma sát

Khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp, trợ lực lái điện giúp cho vành tay lái trởlại vị trí chuyển động thẳng sau khi đã quay vòng bằng cách bù dòng điện mô tơ.(4) điều khiển tụ

Khi ô tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lênvành lái ở vị trí đang quay vòng (ví dụ, trong khi chuyển làn đường) bằng cách

bù dòng điện cấp cho mô tơ làm cho vành lái có thể dễ dàng trở về vị trí thẳng

(5) Tối đa dòng điện cấp cho mô tơ

Giới hạn dòng điện của mô tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU và mô tơkhông bị hư hỏng do quá tải

- Đảm bảo độ tin cậy (Chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi) Để đảm bảo độ tin

cậy trong ECU sẽ có mạch tự chuẩn đoán và sửa lỗi) Nó sẽ theo dõi sự sai lệchcủa các phần tử trong hệ thống và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ điềukhiển các chức năng EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng của sự sai lệch và cảnh báocho người lái xe Ngoài ra, nó còn lưu trữ các vị trí các sai lệch trong ECU

- Đảm bảo tính đối thoại với các hệ thống khác (Chức năng truyền tin và kiểm tra

hệ thống EPS)

* Các cảm biến:

Các cảm biến có nhiệm vụ cấp tín hiệu mô men lái, vận tốc chuyển động xe vàtốc độ trục khuỷu động cơ Về cơ bản trợ lực lái điện có cảm biến mô men láihoặc tốc độ đánh lái Đa phần hiện nay sử dụng cảm biến mô men lái Các cảmbiến này có hai loại chính là có tiếp điểm và không có tiếp điểm Ưu điểm củaloại không tiếp điểm là : không bị mòn do lão hóa, từ trễ nhỏ, là ít bị ảnh hưởngbởi dịch chuyển dọc trục và lệch trục

Giảm tốc có nhiệm vụ tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái

2.1.2 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện.

Trợ lực lái được điều khiển theo các bản đồ được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ củaECU EPS ECU có thể lưu trũ 16 bản đồ, các bản đồ này được kích hoạt ở nhàmáy phụ thuộc vào các yêu cầu cho trước (ví dụ trọng lượng của ô tô)

Hình 2.1.1: Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện1- Dòng cấp mô tơ; 2- Tốc độ mô tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái; 6- Điềukhiển dòng tối đa cho mô tơ; 7- Điều khiển bù rung động; 8- Điều khiển phụchồi; 9- Điều khiển bù; 10- Điều khiển chính; 11- Dòng đích; Hạn chế dòng cấp

áp tối đa ra mô tơ; 13- Điều khiển dòng cấp ra mô tơ; 14- Dòng cấp cho mô tơNgoài ra các bản đồ náy cũng được kích hoạt bằng những công cụ quét ECUhoặc hệ thống lái sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế ECU hoặc hệ thống lái Vớibất kì một cái xe đã cho thì cả hai bản đồ tương ứng với xe hạng nặng và hạngnhẹ được chon Mỗi bản đồ có 5 đặc tính khác nhau tương ứng với các vận tốcchuyển động của ô tô Các bản đồ này xác định vùng trợ lực lái có thể làm việc

Hình 2.1.2: Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện

Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước:

Bước 1 Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực để quay vôlăng

Bước 2 Lực tác dụng lên vành lái sẽ làm cho thanh xoắntrong cơ cấu lái xoay Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn

và gửi các lực lái đã được tính toán đên ECU

Bước 3 Cảm biến góc quay của vô lăng sẽ thông báo góc quay vành lái vàtốc độ đánh tay lái hiện thời

Bước 4 Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc quay

vô lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong ECU, EPS ECU sẽ tínhtoán lực trợ lực cần thiết và gửi đến động cơ điện

Bước 5 Trợ lực lái sẽ tác động lên cơ cấu lái một lực trợ lực song song vớilực đặt lên vành lái

Bước 6 Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấulái để quay vòng xe.

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS

Tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc có 2 kiểu trợ lực điện: Kiểu thứ nhất, hộpgiảm tốc đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành lái Kiểu thứ hai, hộp giảmtốc được tích hợp vào cơ cấu lái (trong trường hợp này cơ cấu lái thường là loạibánh răng – thanh răng và đặt trực tiếp trên thanh lái ngang)

2.2.1 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 1

Trong hệ thống trợ lực lái kiểu này được sử dụng trên xe Kia Mornig, 2009,Toyota Vioss 2008, Corolla altis 2009 có một môtơ điện trợ lực cùng cơ cấugiảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở trục lái chính ( trước đoạn các đăng trụclái) (Hình 1.3) Tại đây cũng bố trí cảm biến mômen lái Cạnh đó là bộ điềukhiển điện tử của trợ lực lái điện (EPS ECU) Trên hình 1.4 là cấu tạo hộp giảmtốc

Hình 2.2.1: Trợ lực lái điện với moto trợ lực trên trục lái:

1- moto; 2- cảm biến mômen; 3- trục lái; 4- trục vít - bánh vít; 5- cơ cấu lái trụcrăng - thanh răng; 6- ly hợp điện từ

Hình 2.1.2: Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực lái kiểu 11-vòng bi; 2- trục vít; 3- vỏ trục lái; 4- khớp nối; 5- roto; 6- stator; 7- trục môtơ; 8- trục lái chính; 9- bánh vít

Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống

Hệ thống được điều khiển theo sơ đồ tổng quát hình trên đó có thể nhận thấy các tín hiệu đầu vào của EPS ECU gồm 4 nhóm tín hiệu chính:

Hình 2.1.3: Tổng quát hệ thống điều khiển

Sơ đồ trợ lực lái kiểu 1

Tín hiệu cảm biến mô men số 1;B- Tín hiệu cảm biến mô men số2; 1- Giắc nối

đa năng số 1; 2- Giắc nối đa năng số 2; 3- Táp lô; 4- ABS+TRC ECU; 5- Cảmbiến tốc độ ô tô; 6- ECU Mô tơ ; 7- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 8- Đèn báo; 9-

Mô tơ trợ lực;10- EPS ECU; 11- Giắc kết nối dữ liệu số 1; 12- Giắc kết nối dữliệu số 2

1 Nhóm tín hiệu (2 hoặc 4 tín hiệu) từ cảm biến mômen lái

2 Tín hiệu vận tốc chuyển động ô tô có thể gửi trực tiếp về EPS ECU hoặcthông qua ECU truyền lực và mạng điều khiển vùng ( CAN – Controller AreaNetwork) và các giắc nối truyền tới EPS ECU

3 Tín hiệu tốc độ mô tơ ( xung biểu diễn số vòng quay trục khuỷu ne từcảm biến trục khuỷu) thông qua ECU động cơ và mạng CAN truyền tới EPSECU

4 Nhóm dữ liệu cài đặt và tra cứu thông qua giắc kết nối dữ liệu DLC3(Data Link Connector) để truy nhập các thông tin cài đặt và tra cứu thông tin làmviệc của hệ thống và báo lỗi hệ thống

Hình 2.2.4: Bố trí các cụm và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S

1- Đèn báo; 2-EPS ECU; 3- ECU Mô tơ ; 4- Bảng táp lô;5- Trục lái(cảm biến mômen, Mô tơ điện 1 chiều,cơ cấu giảm tốc);6- ECU điều khiển trượt.

Những sự cố trong quá trình vận hành hệ thống được ghi lại trong bộ nhớ củaEPS ECU và cảnh báo bằng đèn P/S trên Bảng táp lô 4

2.2.2 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2

Kiểu này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực:

Thứ nhất là loại môtơ chế tạo rời lắp với trục bánh răng của cơ cấu lái sử dụngtrên xe Toyota Lexus

Thứ hai là loại môtơ được chế tạo liền khối với cơ cấu lái Loại này sử dụng trên

xe BMW Trong trợ lực lái loại này mô tơ trợ lực được chế tạo liền với cơ cấu lái

và là một bộ phận cấu thành của cơ cấu lái Phương án này rất gọn, tuy nhiên giáthành hệ thống cao Phương án này đang được áp dụng cho dòng xe Lexus đời2006

Hình 2.2.5: Môtơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái1- Khớp cầu; 2- Chụp cao su; 3- Thanh lái; 4- Mô tơ; 5- Giắc điện; 6-Trụclái

Cấu tạo mô tơ thể hiện ở hình Phần kéo dài của thanh răng 13 được chế tạo dướidạng trục vít và trục vít này ăn khớp với đai ốc 7 liên kết cứng với rôto 10 của

mô tơ trợ lực lái thông qua các viên bi tuần hoàn 9

Hình 2.2.6: Sơ đồ trợ lực lái điện trên cơ cấu lái1- Cảm biến mô men; 2- Vành tay lái; 3- Cảm biến góc quay; 4- Mô tơ trợ lực; 5- Tăng điện thế

Hình 2.2.7: Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay

1-Cảm biến mô men; 2- Stator; 3- Cuộn dây; 4- Bi cầu; 5- Giắc điện;

6- Gioăng làm kín; 7- Đai ốc; 8-Chốt ; 9- Bi cầu;

10- Rô to; 11- Nam châm; 12- Vỏ thanh răng; 13- Thanh răng của cơ cấu lái; Vòng bi

14-Cảm biến mô men là loại không tiếp điểm được bố trí trên trục lái, cấu tạo của

nó thể hiện trên hình

Để điều khiển chế độ trợ lực ( Điều khiển mô tơ trợ lực) cảm biến mô men láigửi tín hiệu giá trị mômen về EPS ECU EPS ECU sẽ tính toán chế độ trợ lựctheo chương trình đã được cài đặt sẵn và điều khiển mô tơ trợ lực bằng chuỗixung để tạo ra các mức điện áp khác nhau tùy theo việc cần trợ lực mạnh hayyếu

Trong hệ thống điều khiển này để tăng độ nhạy chấp hành và giảm kích thước,trọng lượng mô tơ điều khiển EPS ECU có thêm mạch tăng thế, nâng điện ápđiều khiển lên gấp đôi (24V), cụm 5 trên hình

Hình 2.2.8: Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay

1- Trục bánh răng của cơ cấu lái; 2- Thanh xoắn; 3- Trục vào; 4- Thanh răng; 5- Cuộn phân tích 1; 6- Cuộn phân tích 2.

Các tín hiệu từ động cơ, hệ thống phanh thông qua mạng CAN gửi về EPS ECU,còn các tín hiệu từ các cảm biến khác được gửi trực tiếp về EPS ECU EPS ECU

sẽ tính toán và đưa ra lệnh điều khiển mô tơ lực, trong đó tín hiệu của cảm biến mômen đóng vai trò quan trọng nhất

2.3 Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện

Trong trợ lực lái điện, có một phần tử rất quan trọng không thể thiếu đó là các cảm biến Các cảm biến này có nhiệm vụ truyền thông tin đến ECU để ECU sử

lý thông tin và quyết định vòng quay của môtơ trợ lực

Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện – điện tử gồm: Cảm biến mômen lái, cảm biến tốc độ đánh lái ( tốc độ quay vành lái ), cảm biến tốc độ ôtô

2.3.1 Cảm biến tốc độ đánh lái có 2 loại:

2.3.1.1 Loại máy phát điện:

Được dẫn động từ trục lái thông qua các cặp bánh răng tăng tốc làm tăng tốc độ quay và phát ra điện áp 1 chiều tuyến tính tỉ lệ với tốc độ quay của trục lái Tín hiệu của máy phát phát ra được hiệu chỉnh và khuyếch đại thông qua 1 bộ

khuyếch đại

Hình 2.3.1: Cấu tạo và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái