3.2.1. Phân loại và yêu cầu động cơđiện
Bộ trợ lực của các hệ thống lái điện tử đều sử dụng động cơ điện. Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện, được cung cấp bởi hệ thống dây điện trên bo mạch, thành năng lượng cơ học theo yêu cầu của hệ thống lái. Động cơđiện được loại chọn phù hợp với yêu cầu tính toán thiết kế của từng loại cơ cấu trợ lực. Động cơđiện được điều khiển tạo cảm giác lái khi đánh lái.
Động cơđiện được phân loại theo loại chuyển động là động cơ quay và động cơ tịnh tiến (hoặc động cơ tuyến tính). Động cơ chuyển động quay được sử dụng cho các ứng dụng trên hệ thống lái EPS, vì yêu câu hoạt động dễ dàng, công suất cao và không phức tạp điều khiển. Chúng bao gồm một stator đứng yên và một rotor quay, đồng tâm với stator. Tùy thuộc vào cách bố trí stator và rotor, chúng được phân loại thêm thành động cơ có rotor bên trong và bên ngoài. Phân loại theo nguồn cấp điện phân biệt động cơ DC, AC, 3 pha và động cơ bước. Động cơ điện xoay chiều ba pha, hoặc động cơ nhiều pha, có thể được phân biệt bằng đáp ứng vòng quay của rotor với từtrường của stator như động cơ không đồng bộ và đồng bộ.
Các loại động cơ DC có chổi than với nam châm vĩnh cửu ban đầu được sử dụng trong các hệ thống EPS đầu tiên. Do động cơ DC điều khiển rất dễ dàng phù hợp với hệ thống điện một chiều của ô tô. Nhu cầu điện năng ngày càng tăng của các lớp xe cỡ trung và cỡ lớn cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi xử lý và biến tần, động cơ AC 3pha và động cơđiện một chiều không chổi than được sử dụng trên hệ thống lái EPS.
Bộ trợ lực phải đảm bảo yêu cầu của hệ thống lái, ô tô vận hành không theo chếđộđịnh danh ổn định. Khi xe quay vòng bộ trợ lực lái phải hoạt động ổn định tránh lật. Khi xe di chuyển vào vị trí đỗ hệ bộ trợ lực lái hoạt động với mô men xoắn lớn nhất. Lực lái thấp hơn nhiều khi lái xe, nhưng khi đó, tốc độlái cao hơn. Động cơđiện dùng cho hệ thống lái EPS có thể được chia 2 vùng hoạt động cơ bản. Vùng tốc độ với mô-men xoắn không đổi và vùng tốc độthay đổi và công suất không đổi.
Hình 3. 11: Phân loại động cơ điện theo yêu cầu các dòng xe
So sánh đường đặc tính giữa mô men động cơ và tốc độ ta thấy động cơ 3 pha có ưu điểm vượt trội để sử dụng trong EPS, do phạm vi tốc độ rộng hơn của chúng, đạt được bằng cách làm suy yếu từ trường. Từ trường suy yếu cho phép động cơ hoạt động trên tốc độđịnh danh định mà không cần phải khuếch đại điện áp đầu vào hoặc tăng công suất đầu vào của biến tần. Mô men xoắn động cơ giảm ở tốc độ cao phù hợp với chế độđánh lái khi ô tô di chuyển ở tốc độ cao.
Động cơ DC được kích từ bên ngoài, cũng cho phép suy yếu từtrường nhưng không được sử dụng cho hệ thống EPS, vì cấu tạo phức tạp hơn và công suất đầu ra vẫn còn hạn chế.
Các yêu cầu kỹ thuật chính đối với động cơ điện dùng cho hệ thống EPS được liệt kê như sau:
• Công suất đầu ra cao nhất từ 150 đến 1.000 W như một số chức năng của loại xe để bao gồm công suất cao nhất trong quá trình đỗ xe và đánh lái ở tốc độ cao.
• Công suất đầu ra cao nhất chỉđược cung cấp trong thời gian ngắn, bởi vì trung bình, lực lái thấp và ít khi xảy ra liên lục , vì vậy công suất đầu ra yêu cầu trong thời gian dài là khá thấp.
• Phạm vi hoạt động rộng (đường đặc tính mô men theo số vòng quay M/n) với công suất đầu ra ổn định để cung cấp lực đánh lái cao khi đỗ xe và tốc độđánh lái cao để di chuyển và chuyển hướng đột ngột.
• Mô-men xoắn rất cao trong chế độ vận hành và mô-men xoắn thấp để đạt được lực trợ lực lái đồng đều liên tục.
• Động cơ hoạt động ổn định cho việc điều khiển lái, thời gian phản hồi và quán tính của động cơđiện thấp.
• Khi sử dụng động cơ DC PME: Các kết nối cuộn dây đặc biệt để ngăn mômen hãm phanh do đoản mạch trong cuộn dây động cơ.
• Cấu tạo vững chắc cho toàn bộ thời gian sử dụng, vì hệ thống lái được thiết kế như một hệ thống không cần bảo dưỡng trong suốt thời gian sử dụng.
• Nhiễu EMC thấp để duy trì dịch vụđáng tin cậy của tất cả các hệ thống xe điện, động cơđiện DC hạn chế do chổi phát ra tia lửa điện.
• Nhiệt độ môi trường cao, từ +85 đến +125 ˚C, tùy theo nơi lắp đặt. • Độ bền cơ học cao liên quan đến gia tốc và rung động.
Hình 3. 12: Đường đặc tính động cơ theo yêu cầu hệ thống lái EPS