Nếu như chỉ sử dụng hệ thống lái cơ khí thông thường thì người lái xe phải bỏ ra một lực lớn để quay vô lăng điều chỉnh hướng lái cho xe. Cho dù sử dụng thêm bộ
giảm tốc để giảm mô men lái và tăng góc quay của vô lăng để đảm bảo cho quá trình lái an toàn hơn thì mô men để lái xe vẫn là khá lớn. Do đó cần thiết phải có một hệ
thống trợ lái để giảm thiểu sức lực của người lái xe và nâng cao độ an toàn cho quá trình lái cũng như cho người ngồi trong xe.
Ở một hệ thống lái thông thường, giới hạn góc lái của bánh xe nằm trong khoảng ± 30o đến ± 35o, còn vô lăng quay được từ 3 đến 3,5 vòng hay tỷ số của hợp giảm tốc là 20/1 hoặc 21/1. Dựa trên phạm vi giới hạn đó cũng như các ảnh hưởng về
mặt đường, loại lốp, thời tiết và thời gian lái mà nhiều hệ thống trợ lái được đưa ra nhằm giúp người lái xe có cảm giác tốt hơn trong khi lái.
Chương 1: Tổng quan hệ thống trợ lái.
1.3.1. Hệ thống trợ lái thủy lực (HPAS)
(a) (b)
Hình 1.7. Một số cấu hình hệ thống trợ lái thủy lực cơ bản. a) Hệ thống HPAS b) Hệ thống EHPAS
Đa phần các hệ thống lái hiện nay đều sử dụng năng lượng thủy lực để trợ lái. Việc phân phối áp lực thủy lực để tạo góc rẽ cho từng bánh xe được thực hiện qua tác
động của vô lăng. Cuối trục vô lăng có hệ thống phân phối đưa dầu tới và hồi dầu về
bình chứa tùy theo chiều quay của vô lăng. Lượng dầu vào hoặc ra này sẽ điều chỉnh con trượt phân phối trong xi lanh nằm trên trục của thanh lái sang trái hoặc sang phải làm cho các bánh xe chỉnh hướng theo tác động đặt.
Một dạng cải tiến của hệ thống trợ lái thủy lực HPAS là hệ thống trợ lái điện - thủy lực (EHPAS). Về cơ bản, nguyên tắc trợ lái điện - thủy lực giống với trợ lái thủy lực, chỉ khác ở chỗ hệ thống EHPAS sử dụng bơm để tạo ra áp lực điều khiển chuyển
động rẽ của bánh. Rõ ràng khi sử dụng hệ thống EHPAS thì tác động lái (quay vô lăng) nhẹ nhàng hơn rất nhiều so với dùng hệ thống HPAS. Vô lăng lúc này đóng vai trò tạo tín hiệu điều khiển cho động cơ bơm thực hiện hoạt động bơm dầu đi hoặc hút dầu về
Mặc dù được sử dụng tương đối rộng rãi và phổ biến ở các loại xe khách và xe tải hiện nay do tạo được cảm giác lái thực (về mặt cấu tạo cơ khí thì từ tay lái đến lốp xe là một khối truyền lực thống nhất hay chính xác hơn là khi xe đi trên đường, sự thay
đổi điều kiện mặt đường và các tác động vào bánh xe đều tạo phản lực tác động lên tay lái giúp cho người lái xe có được cảm giác về ngoại cảnh tốt hơn và đưa ra các thao tác cũng như phản xạ tốt hơn khi điều khiển xe) nhưng hệ thống trợ lái thủy lực cũng tồn tại một số nhược điểm sau:
• Van quá áp đặt trong bơm
Trong trường hợp bánh lái bị mắc không thể di chuyển, chất lỏng thủy lực bị kẹt trong van không thể di chuyển tới bộ làm mát. Hơn nữa, thường trong trường hợp này, người điều khiển cố quay vô lăng để khắc phục tình trạng kẹt bánh lái, điều này làm cho động cơ bơm hoạt động và sinh ra nhiệt. Nhiệt này làm cho cả van quá áp nóng lên có thể làm hỏng van và biến dạng đường ống dẫn dầu trợ lái.
• Van điều chỉnh lưu lượng đặt bên trong cơ cấu lái
Trong trường hợp đột ngột có một lực tác động vào bánh xe sẽ làm cho áp suất trong đường ống dẫn dầu tăng nhanh. Áp lực sinh ra sẽ tác động ngược lên van điều chỉnh lưu lượng. Áp suất bên trong cơ cấu lái sẽ tăng nhanh đột ngột và có thể phá hủy hệ thống trợ lái.
1.3.2. Hệ thống trợ lái điện và so sánh với hệ thống trợ lái thủy lực
Một bước phát triển cao hơn trong lĩnh vực trợ lái ô tô đó là việc tạo ra và đưa vào thực tế các hệ thống trợ lái sử dụng năng lượng điện (EPAS). Về mặt cơ khí, hệ
thống EPAS cũng khá giống với các hệ thống trợ lái thủy lực (HPAS) hay hệ thống trợ
lái điện – thủy lực (EHPAS), chỉ khác ở chỗ không sử dụng năng lượng thủy lực mà sử
Chương 1: Tổng quan hệ thống trợ lái.
kèm theo. Động cơ dùng trong trợ lái được gắn trên một phần nối giữa vô lăng và thanh lái hướng.
Ngoài hệ thống sử dụng kết cấu cơ khí như bình thường trong hệ thống lái còn có hệ thống EPAS không sử dụng kết cấu nối cơ khí giữa vô lăng và thanh dẫn hướng bánh lái - hệ thống lái qua dây dẫn điện (SBW). Hệ thống này sử dụng hai động cơ. Trong đó, một động cơ để lái và một động cơ tạo cảm giác lái. Động cơ lái được gắn trực tiếp trên thanh dẫn hướng bánh lái, còn động cơ tạo cảm giác lái gắn trên trục vô lăng. Cả hai động cơ này đều qua bộ giảm tốc để tăng khả năng điều khiển chính xác và tăng mô men tác động.
(a) (b)
Hình 1.8. Một số cấu hình trợ lái bằng điện cơ bản. a) Hệ thống EPAS b) Hệ thống SBW
giảm nhẹđi rất nhiều cảm giác nặng nề khi lái xe. Tuy nhiên cảm giác lái thực tế cũng bị giảm đi rất nhiều so với sử dụng hệ thống HPAS hay EHPAS. Với hệ thống SBW, việc điều khiển động cơ tạo cảm giác lái thực sự rất khó khăn do bộđiều khiển cần xác
định các đại lượng đầu vào từ bên ngoài tác động lên bánh lái, các đại lượng này thậm chí phải ước lượng mới có được (vận tốc xe, lực bên…). Do đó việc sử dụng các hệ
thống EPAS tuy có nhiều ưu điểm nhưng còn cần thời gian dài nữa để có thể phát triển một cách hoàn thiện.
Ngoài ra còn có một số điểm khác biệt giữa trợ lái thủy lực và trợ lái điện như
sau:
• HPAS có kết cấu phức tạp hơn so với EPAS.
• HPAS thường nặng và cồng kềnh hơn EPAS.
• HPAS sử dụng chất lỏng để vận hành, trong khi đó EPAS không cần, vì vậy EPAS thường ít phải bảo dưỡng hơn so với HPAS.
• EPAS đưa ra đáp ứng tốt hơn khi tốc độ xe có sự thay đổi.
• EPAS ít khi xảy ra lỗi do vậy nó bền hơn HPAS.
• HPAS không sử dụng nhiên liệu để hoạt động, trong khi đó EPAS hoạt động bằng ắc-quy, và ắc-quy thì cần phải nạp lại.
1.3.3. Hệ thống trợ lái tích cực
Hệ thống trợ lái tích cực là một hệ thống lái được tích hợp trong xe, mặc dù sự điều chỉnh chủ yếu vẫn phụ thuộc vào kết cấu cơ khí giữa bánh lái - thanh răng, và các cơ cấu chấp hành lệ thuộc vào hệ thống cơ khí. Nhưng cùng với sự phát triển của công nghệđã đưa đến nhiều loại trợ lái khác nhau trên thị trường, với mục đích chung là tăng độ an toàn và tiện nghi bằng cách tăng sựổn định và cảm giác lái,
Chương 1: Tổng quan hệ thống trợ lái.
Hiện nay xu hướng chính nghiên cứu hệ thống trợ lái tập trung vào khả năng tự động hóa và phát triển điều khiển lái bằng dây (steer by wire). Theo xu hướng đó, trợ lái tích cực là ý tưởng một hệ thống lái tích hợp hỗ trợ cho xe, hệ thống này giống với hệ thống lái truyền thống nhưng thêm tích năng loại trừ nhiễu ví dụ như điều kiện mặt đường, gió, độ trượt…Một vài hệ thống như vậy đã được xây dựng trên lý thuyết và chưa đưa ra thực tế, tuy nhiên một vài hãng đã cho áp dụng thử nghiệm, ví dụ BMW
đã cho áp dụng vào hệ thống trợ lái bán cơ khí trên 530 xe của mình (số liệu năm 1992) Dưới đây sẽ mô tả sơ qua một vài giải pháp kỹ thuật được sử dụng ở xe BMW (trợ lái tích cực) và General Motors (Trợ lái bốn góc phần tư)
1.3.3.1. Hệ thống trợ lái xe BMW (trợ lái tích cực)
Trong thời gian tác động của người lái, hệ thống BMW sử dụng có tốc độ phụ
thuộc tỷ lệ truyền cơ cấu lái và sự tác động của nhiễu, như vậy sẽ có hai đầu vào và một đầu ra kèm theo một bộ chuyển đổi tín hiệu (100Hz) từ các sensor khác nhau. Cần số sẽđược thêm hoặc bớt tín hiệu từ thiết bị lái (vô lăng) để điều khiển bánh lái và sẽ
nằm giữa thiết bị lái và các thanh răng như hình vẽ.
Trong hệ thống đó tín hiệu lái (vô lăng) là một đầu vào và được đưa đến tín hiệu ra, tín hiệu cần số cũng là một tín hiệu vào và được điều khiển từ vi xử lý thông qua một động cơ trợ lái. Nếu cần sốđược giữ thì tỷ lệ truyền là không đổi và chỉ phụ thuộc thiết bị lái, nếu cần số thay đổi cùng lúc với thiết bị lái thì nó sẽ tăng hoặc giảm đáp
ứng của thiết bị lái.
Ở tốc độ thấp thì tín hiệu số sẽđược tích hợp vào tín hiệu từ thiết bị lái, điều này làm cho thiết bị lái quay tới vị trí khóa (lock-to-lock positions) mất hai vòng, điều này rất thuận tiện khi đỗ và chuyển động chậm yêu cầu người lái cần di chuyển ít một. Ở
tốc độ cao, tín hiệu này sẽ được tách ra và thiết bị lái mất bốn vòng để tới vị trí khóa,
điều này sẽ tăng độ an toàn cho người điều khiển.
1.3.3.2. Hệ thống trợ lái bốn góc phần tư (Quadrasteer)
Một hệ thống khác được áp dụng bởi General Motors là hệ thống bốn góc phần tư, đó cũng là một hệ thống được phát triển dựa trên hệ thống cổđiển, và được bổ sung vào tiện ích : trong một thời điểm, phát hiện nhanh sự thay đổi của bánh sau trên thiết bị lái (vô lăng) được thể hiện bằng tín hiệu điện. Và sẽđược chia ra làm ba pha chính: pha âm, trung tính và pha dương.
Pha âm thể hiện vùng tốc độ thấp, trong pha này bánh sau quay theo hướng đối nghịch với bánh trước, điều này xảy ra khi xe cần đi chính xác khi quay và đỗ, và sẽ
giúp tăng bán kính quay.
Ở vùng tốc vừa phải pha trung tính sẽ được áp dụng, trong pha này bánh sau sẽ được giữ thẳng và hệ thống lái sẽ tương tự hệ thống lái cổđiển.
Pha dương sẽ được áp dụng ở vùng tốc độ cao, bánh sau khi đó quay cùng hướng với bánh trước để tăng sựổn định của xe, đồng thời giảm độ lắc của xe.
Chương 1: Tổng quan hệ thống trợ lái.
Kết luận:
Chương một đã giới thiệu lịch sử phát triển của xe điện, tổng quan về hệ thống lái, so sánh hệ thống trợ lái bằng thủy lực và cơ khí, giới thiệu về nguyên lý hệ thống trợ lái áp dụng trong một số hãng xe. Tạo tiền đề cho việc xây dựng sơ đồ cấu trúc ở
các chương kế tiếp. Chương hai sẽđi chi tiết vào một loại động cơ được áp dụng phổ
CHƯƠNG 2 : ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN (BLDC)