Cơ cấu lái phía sau gồm một động cơ điện truyền động cơ cấu lái thông qua cơ cấu vít me bi (Hình 4.3).
Đai ốc vít bi tuần hoàn được thiết kếđể các ổbi lăn giữa các rãnh trong trục vít me bi và các rãnh trong đai ốc bi tuần hoàn. Các ổ bi đi ra khỏi đai ốc vít bi tuần hoàn di chuyển qua một ống và vào lại đai ốc vít bi tuần hoàn ởđầu kia. Các ổ bi trong các rãnh trong trục vít me bi và đai ốc bi tuần hoàn cho phép đai ốc này chuyển động trên trục với ma sát rất thấp.
Hình 4. 5: Cấu tạo cơ cấu vít me bi
Phần lõi rotor động cơ được chế tạo trục rỗng để lắp trục vít me. Rotor động cơ được gắn chặt với đai ốc vít me và được cốđịnh. Khi động cơ điện quay dẫn động đai ốc vít me làm trục vít me chuyển động tịnh tiến sang bên trái hoặc bên phải theo chiều quay động cơ điện. Trục vít me được gắn với thanh dẫn động lái điều khiển 2 bánh xe phía sau.
4.1.2. Cảm biến vị trí góc lái
Hệ thống lái 4WS có các yêu cầu điều khiển chính xác hoạt động hệ thống lái phía sau. Hệ thống lái phía trước sử 2 cảm biến vị trí góc lái phía trước nhằm đảm bảo an toàn tránh sự cố.
4.1.2.1. Cảm biến vịtrí góc lái chính phía trước.
Cảm biến vị trí góc lái phía trước (SWPS) được lắp ở đầu dưới trên trục lái chính phía dưới. Cảm biến góc lái phía trước cung cấp một tín hiệu tương tự và ba tín hiệu kỹ thuật sốđến bộđiều khiển 4WS.
Một điện áp không đổi 5V từ hộp BCM cung cấp đến cực số 1 của cảm biến vịtrí góc lái phía trước. Khi vành tay lái ở vị trí trung tâm, tín hiệu điện áp tại cực SWPS là 2,5v đến hộp BCM.
Hình 4. 6: Vị trí cảm biến vịtrí góc lái phía trước
Hình 4. 7: Cảm biến vịtrí góc lái phía trước
Vành tay lái quay sang trái, con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra tín hiệu điện áp giảm dần tại cực SWPS tương ứng với góc quay của vành tay lái. Khi vành tay lái quay hết về bên trái, tín hiệu điện áp tại cực SWPS bằng 0,25v.
Khi vành tay lái quay sang phải, tín hiệu điện áp giảm tăng dần tại cực SWPS và khi vành tay lái quay hết về bên phải, tín hiệu điện áp tại cực SWPS bằng 4,75v.
Hình 4. 8: Biểu đồđiện áp và góc lái
Cảm biến vị trí góc lái phía trước (SWPS) cung cấp tín hiệu kỹ thuật số tới bộđiều khiển 4WS. Thông qua pha A, pha B và cực chỉ thị điện áp.
Hình 4. 9: Sơ đồ mạch điện cảm biến góc lái phía trước giao tiếp hộp BCM và bộđiều khiển 4WS
Pha A, Pha B dạng tín hiệu xung PWM. Tín hiệu chỉ thịđiện áp chỉ xuất hiện khi vành tay lái quay sang trái tối đa 100 và vành tay lái quay sang phải tối đa 100. Xung điện áp V-high đạt giá trịđiện áp dương nguồn, Xung điện áp V-low bằng 0v.
Hình 4. 10: Xung điện áp Pha A, Pha B và cực chỉ thịđiện áp
Xung điện áp trên pha A và pha B thay đổi theo chu kỳ 20 khi vành tay lái. Xung điện áp trên một pha thay đổi với chu kỳ 40 khi quay vành tay lái.
Hình 4. 11: Sơ đồđiện áp pha khi vành tay lái quay sang phải
4.1.2.2. Bộđiều khiển 4WS
Pha A-điện áp cao
Pha B-Điện áp thấp
Pha A-điện áp thấp
Pha B-Điện áp thấp
Pha A-điện áp thấp
Pha B-Điện áp cao
Pha A-điện áp cao
Hình 4. 12: Bộđiều khiển 4WS
Hộp điều khiển 4WS được lắp trên khung xe phía sau. Cầu chì Mega 125A cấp nguồn dương ắc quy điều khiển động cơ trợ lực lái. Cầu chì 4WS 15A cấp nguồn dương cho bộ nhớ hộp 4WS. Khi bật công tắc máy dòng điện điều khiển cấp cho hộp 4WS qua cầu chì IGN-10A.
Hình 4. 13: Sơ đồ mạch nguồn hộp 4WS
Công tắc chọn chế độ lái được lắp trong xe trên bảng điều khiển. Người lái lựa chọn chế độ lái thông thường 2WS hoặc chế độ lái 4 bánh 4WS. Khi chế độ lái
4WS được lựa chọn. Đèn báo chế độ 4WS trong công tắc sáng lên thông báo cho người lái xe về chế độlái 4WS đã chọn.
Hình 4. 14: Sơ đồ mạch điện công tắc lựa chọn chế độ lái
4.2. Cấu tạo hệ thống lái 4WAS
Hệ thống 4WAS (4 Wheel Active Steer) hỗ trợngười lái xe ô tô bằng cách tựđộng điều khiển góc lái của bốn bánh xe theo tốc độ. Bằng cách kiểm soát góc lái của cả bốn bánh xe, hệ thống lái chủ động này giúp cải thiện độ ổn định và phản ứng ở tốc độ cao, đồng thời giúp giảm thao tác của người lái xe. Hệ thống lái 4WAS điều khiển góc lái phía sau lớn hơn so với hệ thống lái 4WS và điều khiển chuyển hướng ở tốc độ cao. Hệ thống 4WAS có ưu điểm sau:
Xe di chuyển êm ái, dễ lái cả trong thành phố và những cung đường cong.
Tính ổn định được trang bị trên xe ô tô giúp người lái xe điều khiển phương tiện một cách an toàn trên đường cao tốc và khi chuyển làn. Hệ thống điều khiển nhanh và nhạy sẽ cho phép thao tác lái nhẹ nhàng.
Trường hợp 1: Tốc độ thấp (10 km/h đến 40 km/h) xe ô tô quay đầu trong khu dân cư và bãi đỗ xe. Xe có trang bị hệ thống 4WAS điều khiển tỉ lệ góc lái lớn hơn so với góc lái khi quay vành tay lái.
Hình 4. 16: Xe di chuyển tốc độ thấp
Trường hợp 2: Tốc độ trung bình (40 km/h đến 80 km/h) ô tô di chuyển trong đô thịvà trên đường lớn. Xe di chuyển ổn định theo hướng mong muốn và cân bằng ô tô do hệ thống 4WAS điều khiển chuyển động 4 bánh xe cùng hướng.
Hình 4. 17: Xe di chuyển ở tốc độ trung bình
Trường hợp 3: Tốc độcao (trên 80 km/h) Đường cao tốc,... Khi xe tăng tốc độ, ảnh hưởng của lực quán tính ly tâm tác động lên thân xe làm xoay thân xe (do lốp biến dạng và ảnh hưởng hệ thống treo). Hướng chuyển động của ô tô phụ thuộc vào hai tín hiệu góc đánh lái và góc xoay thân xe. Hệ thống 4WAS điều khiển ổn định hướng bánh xe trước và hướng chuyển động bánh sau quay cùng chiều với bánh trước, giúp xe được lái ổn định ngay cả khi chuyển làn.
Hình 4. 18: Xe di chuyển ở tốc độ cao
Hệ thống lái chủ động (4WAS) giảm thiểu đánh lái quay vòng thiếu. Hệ thống 4WAS được thiết kế để cung cấp phản ứng lái nhanh trong dải tốc độ thấp đến trung bình kết hợp với sựổn định của xe ở tốc độ cao.
4WAS có bộ phận điều khiển điện tửphía trước (ECU) và ECU chính (phía sau). Hệ thống 4WAS sử dụng cơ cấu lái loại thanh răng- bánh răng và bộ trợ lực EPS. Cơ cấu lái phía trước chứa cảm biến mô men xoắn, và động cơ điện điều khiển. ECU phía trước vận hành động cơ và bánh răng trục trong cơ cấu chấp hành phía trước đểthay đổi tỷ số lái.
Hình 4. 20: Hệ thống lái 4WAS trên xe BMW 5 (2010)
Thân thiết bị truyền động lái sau được gắn với một bộ phận khung xe, và các đầu bên ngoài của trục truyền động được liên kết với bánh sau. Cơ cấu truyền động lái sau chứa thanh gắn với tay lái. ECU chính được gắn trong thùng xe, và điều khiển bộ truyền động lái phía sau.
Cơ cấu lái phía sau sử dụng cơ cấu trục vít me. Ở2 đầu trục vít được nối với thanh dẫn động lái phía sau. Động cơ điện được chế tạo đặc biệt giống với động cơ điện trong cơ cấu lái phía sau của hệ thống 4WS. Khi động cơ quay truyền động cho đai ốc vít, khi đó trục vít chuyển động tịnh tiến theo chiều quay của động cơlàm thay đổi góc lái bánh xe phía sau.
1.Đòn ngang bên trái, 2.Đai ốc vít me, 3. Động cơ điện, 4. Đòn ngang bên phải, 5.Đầu nối nguồn động cơ điện, 6.Trục vít me
Hình 4. 21: Cấu tạo cơ cấu điều khiển 4WAS