2.4.1. Cách bố trí và sơ đồ hệ thống
Có hai cách bố trí hệ thống lái:
Hệ thống lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ơtơ) được dùng trên ơtơ của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt nam và một số các nước khác.
Hệ thống lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ôtô) được dùng trên ơtơ của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuỵ Điển,...
Hình 2.22: Hệ thống lái bố trí bên trái
Hình 2.23: Hệ thống bố trí bên phải
1. Vô lăng. 2. Giá đỡ trụ lái.
3. Trục lái nhỏ. 4. ECU EPS.
5. Động cơ trợ lực D/C. 6. Cảm biến momen. 7. Bình ắc quy.
Vì trợ lực lái bên phải và bên trái có cấu tạo giống nhau, nên trong giới hạn bài này chúng em xin trình bày loại trợ lực bên trái và động cơ điện một chiều bố trí trên trục lái.
Cách bố trí động cơ trợ lực D/C.
Hình 2.24: Động cơ trợ lực D/C bố trí trên trục lái
Hình 2.25: Sơ đồ lắp mạch của hệ thống
1. Cầu chì tổng của EPS 2. Cầu chì EPS.
3. Cơng tắc máy. 4. Hộp cầu chì.
5. Cầu chì cơng tắc 6. Đồng hồ tích hợp
7. Đồng hồ tốc độ 8. Đèn báo EPS
9. Đến cảm biến tốc độ xe 10. ECM/PCM
11. Dây nối đến giắc DLC 12. Bộ kiểm tra
13. Giắc chuyển đổi chẩn đoán 14. Điểm nối mass
15. Tới ABS 16. ECU EPS
17. Động cơ trợ lực D/C 18.Cảm biến momen
Hình 2.26: Sơ đồ mạch hệ thống lái trợ lực điện của KIA
Nguyên lý hoạt động:
Khi mà tài xế muốn thay đổi hướng chuyển động của xe sang phải hoặc sang trái bằng cách tác dụng lực lên vơ lăng. Khi đó cảm biến momen trên trục lái sẽ xác định được hướng mà tài muốn xe chuyển động, sau đó cảm biến momen sẽ đưa tín hiệu mà nó nhận được về ECU EPS bằng tín hiệu điện áp. Cùng lúc đó tín hiệu từ các cảm biến khác như: tốc độ xe, tốc độ động cơ…Đưa về ECU EPS, khi đó ECU EPS sẽ tổng hợp các tín hiệu mà nó nhận được để tính tốn và đưa ra mức độ trợ lực lái phù hợp với điều kiện chuyển động của xe.
2.4.2. Cấu tạo và hoạt động của các bộ phận
Hệ thống lái trợ lực điện của KIA có cấu tạo cũng tương tự như hệ thống lái trợ lực điện của các hãng khác, đây là những bộ phận cơ bản:
Động cơ trợ lực D/C.
Cảm biến mô men xoắn.
ECU EPS.
Đèn báo EPS.
Động cơ điện một chiều.
Cấu tạo:
Hình 2.27: Cấu tạo động cơ D/C
Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụng loại động cơ điện một chiều, nó bao gồm: Rơto, stato, trục lái chính và cơ cấu giảm tốc.
Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít. Mơ men do rơto động cơ điện tạo ra được truyền tới cơ cấu giảm tốc sau đó được truyền tới trục lái chính. Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn và tăng tuổi thọ làm việc, khớp nối đảm bảo cho việc nếu động cơ điện D/C bị hỏng thì trục lái chính và cơ cấu giảm tốc khơng bị khóa cứng lại và hệ thống lái vẫn có thể hoạt động được.
Bên trong động cơ D/C cịn bố trí một ly hợp từ để thực hiện quá trình ngắt hoặc kết nối giữa trục chính của động cơ D/C và trục vít.
Hoạt động:
Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU EPS thì mơ tơ D/C sẽ quay để thực hiện quá trình trợ lực như: quay nhanh, quay chậm, quay trái, quay phải và ngừng.
Trục thứ cấp được dẫn động bởi mô tơ D/C thơng qua cơ cấu trục vít bánh vít nên khi mơ tơ D/C quay làm cho trục thứ cấp quay theo. Trục thứ cấp sẽ truyền
mô men của mô tơ D/C đến cơ cấu lái. Ở đây mô men sẽ được cơ cấu lái làm tăng lên và truyền đến bánh xe dẫn hướng thông qua dẫn động lái.
2.4.2.2. Cảm biến mô mem xoắn
Cấu tạo:
Hình 2.28: Cấu tạo các vành răng rotor
Hình 2.29: Mặt cắt ngang cảm biến mô men xoắn
Hoạt động:
Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men tác động lên trục sơ cấp làm xoay rô to phát hiện số 1 và số 2 của cảm biến mô men thông qua thanh xoắn.
Người ta bố trí roto phát số 1 và 2 trên trục sơ cấp phía vơ lăng và roto phát số 3 trên trục thứ cấp.Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhau bằng một thanh xoắn.
Các vịng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu khơng tiếp xúc trên vịng ngồi để hình thành một mạch kích thích.
Khi tạo ra một mơ men lái thì thanh xoắn bị xoắn tạo ra độ lệch pha giữa roto phát hiện số 2 và số 3. Dựa trên độ lệch pha này một tín hiệu điện áp tỉ lệ với mô men được đưa đến ECU.
Khi vô lăng đƣợc đánh sang bên phải hoặc trái, phản lực của mặt đƣờng sẽ vặn thanh xoắn và tạo nên sự thay đổi vị trí tương quan giữa rơto phát hiện số 2 và rôto phát hiện số 3, Khi đó một tín hiệu điện áp được cảm biến này tạo ra và gởi đến ECU để thông báo cho ECU biết cần phải xuất tín hiệu trợ lực cho phù hợp .
Khi vơ lăng ở vị trí chính giữa ,thì VT1 và VT2 cùng ở vị trí trung gian, tức là chưa có độ lệch pha hay là chưa có tín hiệu xoắn ,điện áp lúc đó giữa 2 tín hiệu là 2.5V.
Hình 2.31: So sánh điện áp giữa 2 tín hiệu
Khi cảm biến mơmen xoắn có sự cố thì giá trị ra giữa VT1 sẽ khác VT2 khi ở vị trí trung gian.
Hình 2.32: Cảm biến mơ men xoắn có sự cố
2.4.2.3. ECU EPS
ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, so sánh các tín hiệu mà nó nhận đƣợc, tính tốn rồi đƣa ra tín hiệu để điều khiển tốc độ và hướng quay của mô tơ trợ lực D/C phù hợp với tín hiệu mà ECU nhận được từ các cảm biến.
Trong trường hợp hệ thống có sự cố ECU EPS sẽ gửi tín hiệu tới rơle bật sáng đèn báo EPS trên đồng hồ táp lô, đồng thời ECU EPS là nơi lưu mã hư hỏng để phục vụ cho việc sửa chữa.
2.4.2.4. Đèn báo EPS
Đèn báo EPS được gắn trên bảng đồng hồ táp lơ
Hình 2.33: Đèn báo EPS
Đèn báo EPS sáng lên khi bật công tắc máy ở vị trí ON (động cơ chưa hoạt động) nó khơng phụ thuộc vào hoạt động của hệ thống EPS.
Khi đèn EPS sáng lên là nó kiểm tra đèn báo có cịn hoạt động khơng và mạch điện của đèn báo có cịn dẫn khơng.
Nếu khơng có hư hỏng thì sau khi đơng cơ hoạt động vài giây (khi xe đã chạy) thì đèn báo EPS tắt.
Khi ECU EPS xác định được trong hệ thống EPS có hư hỏng, thì đèn EPS sẽ chớp để báo cho người lái biết có hiện tượng bất thường trong hệ thống.
Đồng thời đèn báo EPS cịn có chức năng xuất mã lỗi khi chuẩn bằng tay thông qua việc chớp đèn.
2.4.3. Chế độ dự phòng của hệ thống
Khi có sự cố trong hệ thống lái trợ lực điện, để đảm bảo cho việc lái xe được an tồn thì hệ thống lái trợ lực điện chuyển sang chế độ dự phịng ( bảng 2.3 trích tài liệu sửa chữa của KIA) khi đó hệ thống lái EPS sẽ hoạt động như một hệ thống lái không trợ lực.
Bảng 2.3: Chế độ dự phòng
2.4.4. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục (trích tài liệu sửa chữa của KIA). Bảng 2.4: Các hư hỏng và cách khắc phục
Triệu chứng Nguyên nhân có thể Kiểm tra
Lái nặng.
Vô lăng lắp không đúng. Hiệu suất cảm biến momen thấp.
Hiệu suất của mô tơ
Kiểm tra vô lăng lắp lại cho đúng.
Kiểm tra cảm biến momen, mô tơ, cuộn dây,
cảm biến tốc độ. Thay thế
Sự cố Chế độ hoạt động
Hỏng cảm biến mômen xoắn. Đ/C điện bị quá dòng.
Đ/C điện bị ngắn mạch ( bao gồm cả sự cố của hệ thống dẫn động).
Hư hỏng trong ECU trợ lực lái.
Khơng có trợ lực.
Đ/C điện bị quá nhiệt.
Nhiệt độ cao trong ECU trợ lực lái.
Hư hỏng của cảm biến nhiệt độ bên trong ECU của trợ lực lái.
Sự cố tín hiệu vận tốc xe và tốc độ động cơ.
Hạn chế trợ lực.
Sự cố nguồn điện.
Tạm dừng trợ lực(trợ lực trở lại sau khi nguồn điện hoạt động binh thường).
và Cuộn dây thấp. Cột lái bị hỏng.
Hiệu suất cảm biến tốc độ thấp.
cột lái nếu có thể.
Xe kéo sang một bên khi lái thẳng.
Hiệu suất cảm biến momen thấp.
Kiểm tra cảm biến momen.
Tự trả lái yếu.
Hiệu suất cảm biến momen thấp.
Hỏng cột lái
Kiểm tra cảm biến momen, thay thế cảm biến
(nếu có thể).
Bản hiện thị mức điện áp của hệ thống EPS ở điều kiện bình thường (bảng 2.5 trích tài liệu sửa chữa của KIA).
Bảng 2.5: Điện áp bình thường của các bộ phận trong hệ thống Ký hiệu Ký hiệu chân Mạch Hiệu điện thế bình thường Điều kiện A1 MASS A2 Nguồn ACCU
cung cấp cho ECU EPS
10V – 14V
A3 Nguồn từ công tắc
máy cung cấp ECU EPS
10V – 14V Khi cơng tắc máy ở vị
trí ON A4 Vss Dao đông từ 0V–1V và 9V- 11V
Khi công tắc máy ở vị trí ON bánh phía trƣớc bên trái quay nhanh với bánh bên phải bị khóa.
A5 Tín hiệu tốc độ
đông cơ
Khoảng 1V Động cơ chạy không tải đo
bằng vạn năng kế. A6
Đèn báo EPS
0V – 2V Động cơ chạy không tải và
đèn EPS sáng.
10V -14V Động cơ chạy không tải và
đèn EPS tắt.
A7 Chân chuẩn đốn Khoảng 5V Cơng tắc máy ở vị trí ON.
A8 Kết nối máy Kia
B1
Đầu ra mô tơ 2
5V - 7V Động cơ chạy không tải và
B2 Đầu ra mô tơ 1 5V - 7V Động cơ chạy không tải
B3 Đầu ra ly hợp 2 0V
B4 Đầu ra ly hợp 1 10V-14V Động cơ chạy không
tải.
C1
Cảm biến mô men (chính)
Khoảng 2.5V
Khi cơng tắc ON vơ lăng ở vị trí chạy thẳng.
Kiểm tra điện áp chân C1 và C3
C2
Cảm biến mô men (phụ)
Khoảng 2.5V
Khi cơng tắt ở vị trí ON vơ lăng ở vị trí chạy thẳng.
Kiểm tra hiệu điện thế chân C2 và C3
C3
Chân mass của cảm biến
mô men 0V
C4
Nguồn 5V cung cấp cho cảm biến mô men
Khoảng 5V
Khi công tắt ON kiểm tra điện thế chân C4 và C3
Chương 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1. Nghiên cứu tài liệu
Đọc các giáo trình có liên quan đến hệ thống trợ lực lái điện.
Thu thập và nghiên cứu tài liệu về hệ thống trợ lực lái điện của một số hãng xe: Toyota, Honda, Mazda,…
Sử dụng các phần mềm tra cứu về ô tô như: Alldata, Ondemand, Toyota TIS,… để tra cứu các sơ đồ mạch điện hệ thống trợ lực lái điện.
Tìm hiểu và nghiên cứu về phầm mềm mơ phỏng Solidwworks.
Tham khảo các mơ hình đồ án về trợ lực lái điện của các anh chị khóa trước. Tham khảo các đề tài đồ án về trợ lực lái điện trên internet.
3.2. Mô phỏng trên phần mềm
Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế các bản vẽ của khung đỡ và mô phỏng dạng 3D các chi tiết máy và tồn bộ mơ hình hệ thống trợ lực lái điện .
3.3. Thi cơng mơ hình và thực nghiệm
Tính tốn thiết kế phần khung đỡ mơ hình.
Tính tốn thiết kế vị trí lắp đặt của các chi tiết điện tử trên bảng điều khiển. Tính tốn thiết kế bố cục mơ hình và lắp ráp các linh kiện lên mơ hình.
Chương 4
QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1. Tính tốn thiết kế giá đỡ mơ hình
Giá đỡ là một phần quan trọng nhất của mơ hình, nó phải được thiết kế sao cho
người dùng có thể dễ dàng tháo lắp vận chuyển và dễ thao tác trong tầm tay. Vì vậy, giá đỡ sẽ sử dụng loại thép lắp ghép. Sau đây là các hình chiếu mơ phỏng giá đỡ của mơ hình (đơn vị tính theo mm):
Hình chiếu đứng của giá đỡ mơ hình:
Hình chiếu bằng của giá đỡ
Hình 4.2: Hình chiếu bằng của giá đỡ mơ hình
Hình chiếu cạnh của giá đỡ
Hình chiếu 3D của giá đỡ mơ hình
Hình 4.4: Hình chiếu 3D của giá đỡ mơ hình
4.2. Mơ phỏng 3D tồn mơ hình
Để có thể dễ hình dung mơ hình sẽ trơng như thế nào khi hồn thiện mơ hình thực tế, ta sử dụng phần mềm Solidworks để mơ phỏng mơ hình 3D. Thứ tự theo các bước như sau:
Hình 4.5: Khung mơ phỏng 3D
Bước 2: Vẽ thước lái
Bước 3: Vẽ các khớp ngấn Hình 4.7: Khớp ngấn mơ phỏng 3D Bước 4: Vẽ trục to và trục nhỏ Hình 4.8: Trục nhỏ mơ phỏng 3D
Hình 4.9: Trục to mơ phỏng 3D
Bước 5: Vẽ các khớp chữ thập
Bước 6: Vẽ trụ lái
Hình 4.11: Trụ lái mơ phỏng 3D
Bước 7: Vẽ vô lăng
Bước 8: Vẽ Bảng điều khiển
Hình 4.13: Bảng điều khiển mơ phỏng 3D
Bước 9: Hồn thiện tổng thể 3D mơ hình
4.3. Thiết kế mạch điện điều khiển
Sơ đồ mạch điện của mơ hình và phần thiết kế trên mặt mica.
Hình 4.15: Sơ đồ mạch điện của mơ hình Thiết kế mặt mica để thao tác với mạch điện Thiết kế mặt mica để thao tác với mạch điện
So với mạch điện ban đầu thì mơ hình sẽ có thêm đèn báo, rơle và vơn kế.
Đèn báo được mắc nối tiếp sau vị trí IG của khóa điện.
Đồng hồ đo vôn ampe được mắc thêm vào để đo điện áp của toàn mạch và
dịng điện thay đổi của mơ tơ trợ lực lái điện khi đánh lái.
Ngồi ra trên mạch cịn có ký hiệu M24 có các chân để đọc mã lỗi.
Nguyên lý hoạt động của mạch điện
Khi khóa điện OFF mạch điện khơng hoạt động nhưng vẫn có dịng vào Memory power (bộ nhớ nguồn) của hộp EPS.
Khi khóa điện ở vị trí ON (IG) sẽ có dịng điện từ Battery (acquy) -> Cầu chì ->
Relay -> Đèn báo -> chân ON/START Input hộp EPS -> GROUND. Lúc này khi
đánh lái sang bên trái hoặc phải cảm biến momen xoắn sẽ hoạt động và đo momen đánh lái sau đó gửi về hộp điều khiển Căn cứ vào tín hiệu được gửi, hộp điều khiển sẽ phát ra dòng điện điều khiển hoạt động của mô tơ trợ lực với một lực đủ lớn để hỗ trợ người lái xoay trục lái theo hướng mong muốn. Điện áp thay đổi trên mô tơ trợ lực lái sẽ được thể hiện trên vôn kế.
Chương 5
THI CƠNG MƠ HÌNH 5.1. Làm khung mơ hình
5.1.1. Chọn vật liệu thép
Sau khi thảo luận cùn các thành viên và tìm hiểu qua các trang truyền thơng về
thép, nhóm quyết định sẽ chọn loại thép phù hợp đề tài, đó là:
Tên thép: Thép lỗ đa năng V 30x30
Độ dày: 1.5mm
Kích thước: 2m
Đơn giá: 13.000Vnd/Thanh
Thép lỗ đa năng là sản phẩm có hình dạng chữ v, có nhiều lỗ trên bề mặt được
sử dụng để lắp ráp các loại kệ như: kệ sách, kệ hồ sơ, kệ siêu thị, kệ dép, kệ trồng rau, kệ bếp, kệ chứa xếp gọn hàng hóa các loại....
Thép v lỗ đa năng là sản phẩm có tính tiện dụng cao, sử dụng đa năng với
những ưu điểm như:
Dễ dàng tháo ráp và di dời.
Lắp ghép đa năng trong mọi diện tích.
Điều chỉnh mọi kích thước tuỳ ý.