Chức năng quan trọng của mô-tơ điện là tạo nên lượng mômen xoắn cần thiết theo yêu cầu từ bộ điều khiển EPS. Loại mô-tơ điện sử dụng trong hệ thống trợ lực lái điện tử là loại mô-tơ điện một chiều không chổi than (sáng chế bởi Siemens).
Mặc dù được cấp điện từ nguồn điện một chiều, nguyên lý hoạt động của mô-tơ lại dựa theo nguyên lý của mô-tơ đồng bộ xoay chiều. Các thiết bị điện tử trong bộ điều khiển EPS sẽ chuyển đổi điện áp cung cấp (nguồn điện một chiều) thành các điện áp pha để tạo từ trường quay trong các cuộn dây pha.
Chỉ có loại mô-tơ điện này mới có đủ tính năng thích hợp để sử dụng trong hệ thống EPS:
• Hiệu suất cao.
• Tuổi thọ sử dụng cao.
• Ít hao mòn.
• Khả năng dự trữ nhiệt lớn.
• Kích thước nhỏ gọn.
• Khả năng sản sinh lượng mômen xoắn liên tục trong khoảng tốc độ lớn.
Mô-tơ điện thường chỉ hoạt động trong dải tốc độ mà ở đó mômen xoắn là không đổi. Trong một số trường hợp hiếm có liên quan đến tỉ lệ thay đổi góc đánh lái lớn từ tài xế, thì vận tốc tạm thời chạm mốc mà ở đó, lượng mômen xoắn sẽ giảm trong khi tốc độ quay của mô-tơ tăng. Các tài xế có kinh nghiệm sẽ nhận ra lúc này xe đang bị hụt trợ lực lái. Đối lập với hệ thống trợ lực lái thuỷ lực, khi mà việc hụt trợ lực lái dễ dàng nhận biết qua việc bị
76
cứng tay lái đột ngột, sự thay đổi này ở hệ thống EPS rất êm ái, hầu như tài xế sẽ không
cảm nhận được sự thay đổi nếu không chú ý thật kỹ.[5]
Lượng công tiêu thụ tối đa (tức thời) là 85 A để cho ở mức điện áp 12 V thì lượng công suất đầu ra tối đa là xấp xỉ 1 kW. Cầu chì lắp trong mạch để bảo vệ ngắn mạch cũng sử dụng loại có trị số cường độ dòng cao để đáp ứng yêu cầu của hệ thống.
Hình 4.7. Biểu đồ đặc tính mômen xoắn tương ứng với mức độ thay đổi của góc
đánh lái (hệ thống EPS và hệ thống thuỷ lực)[5]
Bảng 4.7. Chú thích các thông số trên biểu đồ hình (4.7)
STT Chú thích
1 Tốc độ quay của mô-tơ điện, tương ứng với độ thay đổi của góc đánh lái
2 Mômen xoắn
3 Mô-tơ điện trong hệ thống EPS – mối quan hệ giữa mômen xoắn và tốc độ
quay mô-tơ
4 Bơm trợ lực lái thuỷ lực – mối quan hệ giữa mômen xoắn và tỷ lệ thay đổi
góc đánh lái
Ngược lại với công suất đầu ra tối đa, công suất đầu ra trung bình cần để hệ thống EPS vận hành thường khá thấp. Nó chỉ vào khoảng xấp xỉ 20 W và 40 W (tuỳ theo tình trạng lái) bởi vì mô-tơ điện chỉ cung cấp công suất khi cần thiết, ví dụ như đang đánh lái góc hẹp chứ không phải đang chạy thẳng (không cần phải đánh lái nhiều).
Cơ chế hoạt động dựa theo nhu cầu của mô-tơ điện là lý do chính giúp lượng nhiên liệu tiêu thụ trên xe có EPS giảm xấp xỉ 0,2 l/100 km, ít hơn so với các dòng xe sử dụng trợ lực lái thuỷ lực. Mặt khác, lượng công suất thường dùng để vận hành bơm thuỷ lực nay được sử dụng để tăng cường công suất cho xe. Tuỳ thuộc vào các tình huống khác nhau mà mức công suất động lực học có thể lên đến 2 kW.
77
Một bộ phận khác quan trọng không kém nằm trên bảng mạch điện tử của bộ điều khiển EPS nhưng lại được lắp đặt ở kế bên trục đầu ra của mô-tơ điện: cảm biến vị trí mô-tơ. Ở vị trí này, cảm biến vị trí này có thể gửi trực tiếp tín hiệu của vị trí phần rô-to trong mô-tơ điện đến bộ điều khiển EPS. Vì mô-tơ điện được nối cứng tới thanh răng lái qua bánh răng giảm tốc, bộ điều khiển EPS có thể tư suy ra vị trí của các bánh xe và góc đánh lái từ vị trí của rô-to.
Sau khi điều chỉnh vị trí thẳng góc với sự trợ giúp từ cảm biến góc đánh lái, tín hiệu từ cảm biến vị trí mô-tơ sẽ được sử dụng cho chức năng tự động trả lái cho hệ thống EPS nhờ vào độ phân giải cao từ tín hiệu cảm biến.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí mô-tơ tương tự với nguyên lý của cảm biến mômen đánh lái. Cả hai đều sử dụng các cảm biến Hall lắp nối tiếp với một nam châm xoay. Cảm biến mômen đánh lái được thiết kế nhằm phát hiện các thay đổi độ xoắn nhỏ nhất, trong khi cảm biến vị trí mô-tơ sẽ phát hiện lượng vòng quay lớn (với điều kiện phải đo được một vòng tua hoàn chỉnh). Tín hiệu vị trí của cảm biến có thể bị lặp lại, mặc dù trong trường hợp này thì tín hiệu lặp sẽ có độ phân giải khác để bắt được cả chuyển động
nhanh và chuyển động chậm hiệu quả hơn.[5]