Bảng 6.1 Tháo hệ thống trợ lực lái
Chương 6: Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện.
Bước 2: Tháo kẹp bọc dây điện
Bước 3: Tháo 4 giắc nối
Bước 4: Tháo hai đại ốc và tháo ECU
6.3.2 Lắp
Bảng 6.2 Lắp hệ thống trợ lực lái
Bước 1: Lắp kẹp bọc dây điện
Chương 6: Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện.
Bước 2: Lắp 4 giắc nối
Bước 3: Lắp ECU và siết hai đai ốc bắt ECU
6.4 Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục
Bảng 6.3 Một số hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục.
Hiện tượng Nguyên nhân Xử lý Lốp trước không đủ áp
suất, mòn
Bơm đủ áp suất hoặc thay lốp
Khớp cầu treo trước rơ Kiểm tra , thay thế Lắp ráp cơ cấu lái không
đúng
Kiểm tra cơ cấu lái Lái nặng
Chương 6: Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện.
Hệ thống nguồn và ắc qui hư hỏng
Kiểm tra ắc qui, thay nếu cần
Nguồn của ECU không đủ Kiểm tra nguồn ECU ECU hỏng Thay ECU Vị trí “không “ của vành
lái báo không chính xác.
Chuẩn lại cảm biến mô men Lốp trước không đủ áp suất, mòn Bơm đủ áp suất hoặc thay lốp
Khớp cầu treo trước rơ Kiểm tra , thay thế Lắp ráp cơ cấu lái không
đúng
Kiểm tra cơ cấu lái Càm biến mô men trong
cọc lái hỏng
Thay thế Cọc lái trục trặc Kiểm tra Môtơ trợ lực hỏng Thay thế Hiệu quả lái khi quay phải
và quay trái khác nhau
ECU hỏng Thay thế Khớp cầu treo trước bị rơ Kiểm tra , thay thế Cảm biến tốc độ hỏng Thay thế Điều khiển ECU bị trượt Kiểm tra Cảm biến mô men trong
cọc lái hỏng
Thay thế Cọc lái trục trặc Kiểm tra Môtơ trợ lực hỏng Thay thế Khi chuyển động lực lái
không thay đổi theo vận tốc chuyển động hoặc vành lái không trả về vị trí trung gian Hệ thống mạng CAN hỏng Kiểm tra, sửa chữa Môtơ trợ lực hỏng Thay thế Có ma sát khi quay vành
lái ở vận tốc thấp Cọc lái trục trặc Kiểm tra Có tiếng kêu khi đánh vành lái với tốc độ chậm khi xe dừng Môtơ trợ lực hỏng Thay thế Môtơ trợ lực hỏng Thay thế Vành lái rung và có tiếng
ồn khi quay vành lái khi
Chương 6: Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện.
Điện áp nguồn của ECU Giắc báo tín hiệu P/S chập Đèn P/S luôn bật
Nguồn ECU không đủ Đoản mạch giữa hai đầu TS và CG
Không thể chuẩn “không “ cho cảm biến mô men
Chương 7: Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
CHƯƠNG VII
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI
Qua các vấn đề nghiên cứu trên ta nhận thấy rằng: hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử thì khắc phục được hầu hết các nhược điểm của một hệ thống trợ lực thông thường. Ta đã giới thiệu một vài hệ thống trợ lực lái cùng các biểu đồ tính năng có được từ thực nghiệm của chúng. Chẳng hạn như: biểu đồ mômen tác dụng lên vôlăng thay đổi theo tốc độ xe, theo mômen cản trên ngõng lái, theo gia tốc ngang v.v…
Bộ cảm biến là thiết bị đo quá trình và chuyển đổi biến quá trình sang một dạng thích hợp, thông thường là tín hiệu điện ( dòng điện áp). Bộ cảm biến có thể đơn giản chỉ là một cảm biến (sensor), hoặc một bộ chuyển đổi tín hiệu (transducer), hoặc cũng có thể là một bộ chuyền tín hiệu (transmitter) có cấu trúc phức tạp hơn và cung cấp tín hiệu dưới dạng dòng điện trong khoảng 4 mA đến 20 mA hoặc dạng điện áp 0-5 V hoặc 0-10 V.
Hình 7.1 Sơđồ hệ thống trợ lực điện
Ngày nay bằng tiến bộ kỹ thuật hệ thống số, bộ cảm biến có thể có giao tiếp với máy tính cho phép thu nhận, hiển thị, lưu và phân tích dữ liệu thuận tiện hơn.
Trong phần này, ta giảđịnh đi xây dựng thuật toán điều khiển cho mạch điện dẫn động môtơ trợ lực trong hệ thống trợ lực lái loại EPS (Electronic Power
Chương 7: Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
Steering) nhưHình 7.1. Ta giới thiệu sơđồ và nguyên lý làm việc của hệ thống EPS như sau:
7.1 Giới thiệu và trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS.
Hệ thống EPS có một thanh răng và pinhông bánh răng truyền (thay đổi tốc độ truyền) và một môtơđiện dẫn động. Môtơ cung cấp trợ lực lái thì được thiết kế bên trong hộp cơ cấu lái. Cảm biến lái thì được lắp trên trục lái. Cảm biến này gởi tín hiệu điện áp tới hộp điều khiển EPS cho biết chiều quay lái, giá trị góc quay và mômen quay vôlăng.
Nếu xe có hộp số tự động thì cảm biến tốc độ xe đặt trên hộp số. Cảm biến này gởi tín hiệu điện áp về bộ điều khiển hộp số (TCM) cho biết tốc độ ra của trục hộp số. Tín hiệu này được truyền từ TCM tới hộp điều khiển EPS. Ở các xe có hộp số thường thì tín hiệu điện áp có dạng xung đơn vị và cũng được chuyển tới hộp điều khiển EPS. Đồng hồ tốc độ cũng gởi tín hiệu điện áp tới hộp điều khiển EPS. Sau đó hộp điều khiển EPS so sánh và tính toán giá trị tốc độ tin cậy thực tế của xe.
Hộp điều khiển EPS (bên trong gồm các mạch điều khiển môtơ mà hoạt động theo chương trình nạp sẵn) lắp trên hộp cơ cấu lái. Hộp điều khiển này nhận các tín hiệu điện áp từ cảm biến lái, cảm biến tốc độ xe. Khi các tín hiệu này được nhận vào, bộ điều khiển sẽ tính toán ra giá trị cần trợ lực và chiều quay lái thích hợp. Bộ điều khiển sẽ phát một dòng điện dẫn động môtơ điện trong hộp cơ cấu lái kéo thanh răng di chuyển sang phải hay sang trái với cường độ trợ lực thích hợp. Trong hộp điều khiển EPS cũng có các tính năng tự chẩn đoán và an toàn.
7.2 Xây dựng và giải thích lưu đồ thuật toán.
Thuật toán được xây dựng trên cơ sở nhận và xử lý các tín hiệu đầu vào sau: Tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe Va, tín hiệu cảm biến góc lái. Vì tín hiệu tốc độ xe là một thông sốđiều khiển rất quan trọng nên nó được lấy từ nhiều vị trí khác nhau trên xe, sau đó được xử lý và chọn ra một giá trị tin cậy nhất.
Tín hiệu cảm biến gốc lái bao gồm: chiều quay lái, mômen cản lái theo chiều ngược và cả tốc độđánh vôlăng.
Nếu tất cả tín hiệu nhận được từ các cảm biến là tốt thì cho đóng relay chính, relay an toàn để cung cấp điện cho hệ thống chuẩn bị hoạt động. Chương trình sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến góc lái, từ cảm biến tốc độ xe vào bộ xử lý trung tâm (ECU hay vi điều khiển).
Nếu bộ xử lý trung tâm nhận biết tốc độ xe là thấp và góc lái là không thay đổi hoặc đang trả về thì chương trình sẽđiều khiển mạch cho dừng môtơ dẫn động, chương trình cho quay về ban đầu.
Chương 7: Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
Nếu bộ xử lý trung tâm nhận biết tốc độ xe là thấp và xe đang quay sang trái thì chương trình sẽ điều khiển cho môtơ dẫn động quay trái, sẽ điều chỉnh mômen trợ lái phù hợp với tốc độ xe và góc lái. Mômen trợ lái càng lớn khi tốc độ xe càng nhỏ hay đang quay vòng tại chỗ.
Tương tự, nếu bộ xử lý trung tâm nhận biết tốc độ xe là thấp và xe đang quay sang phải thì chương trình sẽ điều khiển cho môtơ dẫn động quay phải, sẽ điều chỉnh mômen trợ lái phù hợp với tốc độ xe và góc lái. Mômen trợ lái càng lớn khi tốc độ xe càng nhỏ.
Nếu bộ xử lý trung tâm nhận biết tốc độ xe là cao và góc lái là không thay đổi hoặc đang trả về thì chương trình sẽđiều khiển mạch cho dừng môtơ dẫn động, chương trình cho quay về ban đầu.
Nếu bộ xử lý trung tâm nhận biết tốc độ xe là cao và xe đang quay sang trái thì chương trình sẽ điều khiển mạch cho môtơ dẫn động hãm quay phải. Chương trình cũng điều khiển mạch sao cho mômen hãm lái phù hợp với tốc độ xe và góc lái, tốc độ xe càng lớn thì mômen hãm phải càng lớn.
Nếu bộ xử lý trung tâm nhận biết tốc độ xe là cao và xe đang quay sang phải thì chương trình sẽ điều khiển mạch cho môtơ dẫn động hãm quay trái. Chương trình cũng điều khiển mạch sao cho mômen hãm lái phù hợp với tốc độ xe và góc lái, tốc độ xe càng lớn thì mômen hãm trái càng lớn, chương trình cho quay về khởi tạo ban đầu.
Tính năng an toàn: Ta biết rằng hệ thống trợ lực lái được thiết kế sao cho
trong trường hợp bị hỏng hốc thì hệ thống lái phải tiếp tục hoạt động như không có bộ trợ lực. Vì vậy, ở lưu đồ thuật toán trên, nếu các cảm biến hư hỏng làm cho các tín hiệu gởi về bộ xử lý trung tâm là không tốt hoặc giả là không có thì chương trình sẽ điều khiển cho hiển thị đèn cảnh báo. Chương trình điều khiển cho cắt dòng tới các relay chính và các relay an toàn. Hệ thống trợ lực lái lúc này bị ly khai khỏi hệ thống lái.
7.3Xây dựng phần cứng tương ứng
Phần cứng gồm có ba phần chính:
+ Bộ nhận các tín hiệu điều khiển đầu vào gồm: cảm biến tốc độ xe, cảm biến lái, nguồn acqui 12[V] nuôi hệ thống.
+ Mạch điều khiển chính gồm: bộ chuyển đổi các tín hiệu cảm biến từ dạng tương tự sang dạng số (bộ xử lý trung tâm ECU chỉ đọc tín hiệu dạng số), một vi điều khiển hay bộ xử lý trung tâm và bộổn áp 5[V] đầu ra cấp cho vi điều khiển.
+ Bộ phận tác động gồm: đèn cảnh báo an toàn, các relay chính, relay an toàn và môtơ dẫn động trợ lực lái.
Chương 7: Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
Mạch điều khiển nhận và xử lý tín hiệu từ các cảm biến rồi gởi về bộ xử lý trung tâm. Ở đây, vi điều khiển sẽ tính toán ra các thông số tối ưu như: tốc độ xe hiện thời, hoạt động lái đang diễn ra là thẳng, quay trái hay quay phải cũng như mômen tác động lên vôlăng và tốc độ góc đánh tay lái,v.v… Từ đó gởi một dòng điện tới điều khiển môtơ dẫn động bộ trợ lực phù hợp cả về cường độ và chiều dòng điện.
Chương 8: Kết luận và kiến nghị.
CHƯƠNG VIII
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
8.1 Kết Luận
Qua quá trìng thực hiện luận văn tốt nghiệp “ Nghiên cứu hệ thống trợ lực lái
điện tử trên ôtô.” Em nhận thấy hệ thống lái có vai trò hết sứcquan trọng đối với sự
ổn định của ôtô khi chuyển động. Ngày nay với sựphát triển nhanh chóng của khoa học kĩ thuật đã sản xuất ra nhiều ôtô hiện đại có tốc độ cao đòi hỏi phải có hệ thống lái có độ nhạy và độ chính xáccao để hạn chế các tai nạn do ôtô gây ra.
Việc trang bị thêm bộ trợ lực lái giúp cho người điều khiển tốn ít sức cho việc điều khiển nhưng đạt dược độ chính xác và độ tin cậy cao mà lại tăng hiệu quả trong việc dẫn hướng. Đặc biẹt với bộ trợ lực lái điều khiển điện tử thì việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn, nó có thể xử lý nhanh chóng và chính xác các tìng huống khẩn cấp mà đối với các hệ thống lái thường không làm được.
Từ cơ sở lý thuyết về lực cản mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu điều khiển khi quay vòng ta đã phân tích nhiều yếu tốảnh hưởng đến lực cản này. Theo đó một hệ thống trợ lực lái cần phải đáp ứng là làm thế nào để dẫn động lái thật nhẹ nhàng, êm dịu mà vẫn giữ cho người lái còn cảm giác sức cản mặt đường. Tức là phải giải quyết được mâu thuẫn nói trên.
Qua các vấn đề nghiên cứu trên ta nhận thấy hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử ra đời theo xu thế tất yếu và được phát triển dựa trên cơ sở bộ trợ lực lái thủy lực kiểu truyền thống. Qua các hệ thống trợ lực lái điện tử đã khảo sát thì đặc tính quan hệ giữa mômen lái với mômen cản tác dụng ngược từ mặt đường, theo tốc độ chuyển động của xe, theo tải trọng thẳng đứng tác dụng lên cầu dẫn hướng thì hầu như là tối ưu.
Ngày nay, với sự phát triển của lĩnh vực điện tử, các vấn đề vềđiều khiển hệ thống thì hoàn toàn được đáp ứng. Vấn đềđiều khiển cho hệ thống trợ lực lái mà cụ thể là cho bơm dẫn động trợ lực dựa trên một thuật toán riêng biệt.Trong đề tài chỉ nghiên cứu lý thuyết một vài hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử dựa trên vài thông số đầu vào. Các thông số đầu vào này là: tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe; cảm biến lái bao gồm chiều quay lái, góc lái, momen lái, tốc độ góc đánh vôlăng; tải trọng thẳng đứng đặt trên cầu điều khiển, v.v…
Cũng dựa trên xu hướng mà bộ trợ lực lái đòi hỏi, ta cũng đã đề xuất một lưu đồ thuật toán điều khiển cho một mạch điện dẫn động môtơ trợ lực theo các chếđộ làm việc khác nhau. Lưu đồ cho ta các hướng xử lý của môtơ trợ lực để đầu ra dẫn động bộ trợ lực là phù hợp nhất. Theo đó cũng giới thiệu một sơđồ khối phần cứng mạch điều khiển hệ thống trợ lực lái bằng điện tử.
Chương 8: Kết luận và kiến nghị.
Vấn đềđựa hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử vào sử dụng thực tế ta còn cần quan tâm đến hiệu quả và giá thành của sản phẩm cũng như tổng giá thành của xe. Vì vậy, về mặt lý thuyết việc điều khiển hệ thống trợ lực lái bằng điện tử là tốt nhưng vẫn còn hạn chế sử dụng. Các nhà nghiên cứu về hệ thống lái vẫn không ngừng tìm kiếm những giải pháp điều khiển tốt nhất nhằm đáp ứng các đòi hỏi mà một hệ thống trợ lực đặt ra. Một trong những giải pháp đang nghiên cứu áp dụng đó là việc sử dụng các loại vật liệu mới mà chúng có khả năng đáp ứng vấn đề điều khiển đặt ra và năng lượng tiêu thụ cho quá trình điều khiển thấp.
Với tài liệu có và trình độ bản thân còn hiều hạn chế. Bước đầu làm quen với công việc nghiêng cứu. Em đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn này, nên không tránh khỏi những sai sót, kính mong quý thầy cô và các bạn đóng góp để em có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình.
8.2 Đề xuất ý kiến
Qua thời gian nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu hệ thống trợ lực lái điện tử trên ôtô” em có những kiến nghị như sau:
Do thời gian và khả năng là có hạn nên việc nghiên cứu đề tài này con nhiều bất cập để đề tài này có thể trở thành tài liệu tham khảo tích cực thì cần phát triển thêm các phần mềm mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Hiện nay các dòng ôtô đời mới điều ứng dụng công nghệ tin học, điện tử điều khiển tựđộng, điều này gây khó khăn cho sinh viên mới ra trường. Do đó khoa phải trang bị thêm cho sinh siên các kiến thức về tin học, điện- điện tử ôtô
Ngoài ra, cần phải nghiên cứu nhiều hơn nữa về thuật toán cũng như viết chương trình điều khiển mạch điện từ đơn giản tới phức tạp. Xây dựng và giải các bài toán quay vòng ổn định với sự trợ giúp của máy tính.
Do kinh phí của em có hạn, nên trong đề tài nghiên cứu này chúng em không thể làm được mô hình, chính vì lẽ đó chúng em đề nghị khoa có kế hoạch tạo mô hình theo hướng đề tài này, đểđề tài này trở thành tài liệu tham khảo tích cực.