P i max c= 90.20 1800 = (N).
MÔ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 3.1.Mục tiêu
3.1.Mục tiêu
Để khảo sát được đặc tính của hệ thống lái trợ lực điện ta phải thực hiện đo các tín hiệu trên xe có hệ thống lái trợ lực điện còn hoạt động tốt sau đó xây dựng đặc tính trợ lực của hệ thống lái. Tuy nhiên việc thực hiện đo các tín hiệu trên xe thực tế gặp nhiều khó khăn và các giá trị đo được không đảm bảo chính xác do các yếu tố ngoại cảnh. Vì vậy ta cần xây dựng một mô hình mô phỏng sự làm việc của hệ thống lái giúp cho việc khảo sát trở lên thuận tiện hơn. Mô hình được xây dựng phải đảm bảo yêu cầu về mô phỏng đúng các đại lượng như mô men cản Mc , tín hiệu vận tốc, tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu cảm biến mô men hay một số tín hiệu khác trên xe thực tế. Ngoài ra có thể giao tiếp với máy tính để đọc các giá trị đo được trong cùng thời điểm từ đó ta có thể xây dựng được đường đặc tính trợ lực của hệ thống lái trợ lực điện.
3.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc của mô hình
• Kết cấu
Hình 3-1 là sơ đồ cấu tạo của mô hình bao gồm 4 bộ phận chính là cụm trợ lực lái, bộ phận phanh, bộ phận mạch và toàn bộ khung đỡ.
Bộ phận phanh đĩa có nhiệm vụ tạo mô men cản, mô men cản này có khả năng mô phỏng được mô men cản Mc do mặt đường gây ra.
Bộ phận điều khiển nhận các tín hiệu đầu vào bao gồm tín hiệu từ cảm biến mô men, tín hiệu vận tốc xe sau đó tính toán để đưa ra tín hiệu điều khiển
1- Bảng mạch 6 - Mô tơ trợ lực 2- Giá đỡ bảng mạch 7 - Giá đỡ cụm trợ lực
3- Vô lăng 8 - Đĩa phanh
4- Trục lái 9 - Giá phanh
5- Cảm biến mômen 10- Bầu phanh Hình 3-1 : Cấu tạo mô hình khảo sát
• Nguyên lý làm việc
Ở trạng thái chưa phanh: khi quay vô lăng trong điều kiện chưa tác dụng lực lên cơ cấu tay phanh thì tương ứng với giá trị mô men cản bằng 0, cảm biến mô men gửi về giá trị dao động nhỏ quanh vị trí trung gian 2,5V. Do
chưa có lực cản nên bộ phận điều khiển chưa tác động điều khiển tới mô tơ trợ lực.
Trạng thái phanh : khi quay vô lăng và tác động lực lên cơ cấu phanh, lúc này mô men cản tăng dần với lực phanh tương ứng do đó giá trị gửi về của cảm biến mô men cũng thay đổi. Khi giá trị này lớn hơn 2,9V hoặc nhỏ hơn 2,1V tương ứng với mô men trên thanh xoắn là 2,5Nm hay mô men cản dưới mặt đường là Mc = 38 Nm,bộ điều khiển sẽ tính toán và kết hợp với tín hiệu vận tốc xe để gửi ra tín hiệu điều khiển mô tơ trợ lực cho phù hợp với điều kiện lái.
3.3.Khảo sát các tín hiệu
3.3.1.Cảm biến mômen a.Giới thiệu cảm biến
• Nhiệm vụ
Cảm biến mô men được gắn trên trục lái và có nhiệm vụ đưa ra tín hiệu dạng điện áp tùy theo mô men đánh lái của người điều khiển và mô men cản từ bánh xe.
• Cấu tạo cảm biến
Cảm biến mô men trục lái bao gồm các bộ phận chính sau:
- Roto là bộ phận ghép vào trục lái bằng then hoa.
Hình 3-3 : Cấu tạo roto.
- Trên vỏ roto có gắn các nam châm vĩnh cửu ở vành trên và vành dưới.
- Roto có nhiệm vụ tạo ra từ trường biến thiên khi ta quay trục lái.
- Mạch điện cảm ứng.
Hình 3-4 : Bộ phận cảm ứng và mạch điện.
Cấu tạo gồm các phần: Vỏ nhựa, các lớp bán dẫn, nam châm vĩnh cửu, mạch điện.
- Cảm biến có 2 tín hiệu ra: Chính và phụ, để đảm bảo tính an toàn tin cậy của hệ thống.
- Vỏ: Có nhiệm vụ giữ và bảo vệ các chi tiết bên trong, vỏ trên và vỏ dưới được ghép với nhau bằng các nẫy.
• Nguyên lý hoạt động
Khi tác dụng mô men lên trục lái, roto quay cùng trục lái(nhờ then hoa),lúc này từ thông đi qua các lớp bán dẫn biến thiên, dẫn đến trong mạch bán dẫn xuất hiện suất điện động cảm ứng hall, và giá trị suất điện động này thay đổi tỉ lệ với mô men tác dụng lên trục lái. Eh = kBi/δ .
b.Khảo sát đặc tính cảm biến mômen
• Phương pháp xác định
Dựa trên lý thuyết hoạt động của cảm biến mô men và các thông số tham khảo cho trước để kiểm tra đặc tính mô men trên thực tế. Lấy điện áp ra của mômen tùy theo mức độ đánh lái (ở đây ta sử dụng cân lực) khi xe ở trạng thái quay vòng tại chỗ. Từ kết quả đo được xây dựng đường đặc tính điện áp ra của cảm biến mô men theo mô men đánh lái và so sánh với lý thuyết
• Sơ đồ mô hình thí nghiệm
Hình 3-5 : Sơ đồ mô hình xác định đặc tính cảm biến mômen
Hình vẽ 3-5 là sơ đồ mô hình thí nghiệm xác định đặc tính cảm biến mô men, sơ đồ bao gồm : Cơ cấu lái trợ lực điện có bao gồm cảm biến mômen được lắp trên trục lái, bộ phận phanh, bộ phận lực kế sử dụng để xác định mômen, bộ phận thu thập tín hiệu và giao tiếp với máy tính, cuối cùng là máy
- Tính toán sơ bộ lực đánh lái tại chỗ để chọn cân lực hợp lý
- Cố định trục răng phần ăn khớp với thanh răng bằng phanh
- Gá đặt cân lực vào vành lái
- Nối dây và hiển thị điện áp ra trên máy tính thông qua vi xử lý
- Thực hiện đo lực đánh lái tại các thời điểm điện áp ra được chia theo khoảng cho trước. Và thực hiện nhiều lần để lấy xấp xỉ.
• Kết quả
Thực hiện lấy xấp xỉ các số liệu đo được ta thu được bảng giá trị Lực đánh lái (N) Mô men vành lái (Nm) Cảm biến (V)
56 10.08 0.8 52 9.36 1 45 8.1 1.2 36 6.48 1.4 28 5.04 1.6 24 4.32 1.8 17 3.06 2.0 7 1.26 2.2 0 0 2.5 8 1.44 2.8 17 3.06 3.0 24 4.32 3.2 29 5.22 3.4 36 6.48 3.6 44 7.92 3.8 51 9.18 4.0 56 10.08 4.2
Mô men vành lái được xác theo công thức : Mvl = Rvl . Pvl (Nm) Trong đó : Rvl =0.18m : bán kính vành lái
Pvl : lực đánh lái đo bằng cân lực
Từ bảng dữ liệu trên ta xây dựng được đường đặc tính điện áp ra của cảm biến theo mô men vành tay lái :
Quay phải Quay trái
Hình 3-6 : Tín hiệu ra của cảm biến theo mômen
Trên hình 3-6 thể hiện hiệu điện thế đầu ra của cảm biến ở 2 trạng thái trục lái quay phải và quay trái:
- Khi trục lái quay phải hiệu điện áp tăng từ 2,5 đến 4,2 vol. - Khi trục lái quay trái hiệu điện áp giám từ 2,5 đến 0,8 vol.
3.3.2.Khảo sát đặc tính tín hiệu vận tốc
• Phương pháp xác định
Để xác định được đặc tính vận tốc đưa vào ECU ta sử dụng phương pháp đo trực tiếp tín hiệu đầu vào của ECU. Dựa trên sơ đồ mạch hình 3-7 là sơ đồ cấu trúc mạch thực tế ta có thể xác định được vị trí chân tín hiệu đầu vào vận tốc.
Hình 3-7 : Cấu trúc mạch ECU hệ thống lái trợ lực điện
• Các bước thực hiện
- Xác định vị trí chân nối với cảm biến vận tốc trên sơ đồ là chân số 2
- Sử dụng đồng hồ Oscilloscope để đo tín hiệu tại chân số 2 của giắc nối
- Đưa xe lên băng thử sau đó thay đổi tốc độ
- Tại mỗi thời điểm vận tốc khác nhau ta xác định được đặc điểm tín hiệu của vận tốc.
• Kết quả
Khi thay đổi tốc độ xe ta thu được dạng tín hiệu vận tốc đưa vào ECU đó là dạng tín hiệu xung với điện áp ngưỡng +5V - 0V , với mỗi thời điểm
vận tốc thì ta thu được tần số tương ứng với vận tốc ấy. Dưới đây là bảng giá trị tần số của tín hiệu theo vận tốc.
Vận tốc xe (Km/h) 5 10 20 30 50 70 100
Tần số (Hz) 3,5 7,1 14,1 21,2 35,4 49,5 70,7 Hình 3-8 : Bảng giá trị tần số phát xung theo vận tốc xe
Từ đó ta xây dựng được đặc tính tín hiệu vận tốc cấp vào ECU của trợ lực lái điện. Hình 3-9 là đồ thị thể hiện sự thay đổi tần số phát xung theo vận tốc của
f(Hz) V(Km/h)
3.3.3.Quan hệ giữa dòng điện động cơ với mô men vành lái
• Phương pháp xác định
Động cơ trợ lực lái ở đây là loại động cơ điện một chiều có sử dụng chổi than. Khi thay đổi dòng điện cung cấp vào động cơ trợ lực ta sẽ được các mômen trợ lực tương ứng tùy theo điều kiện lái.Dựa vào phần cơ sở tính toán ta xác định được dòng điện điều khiển lớn nhất của động cơ là 60A. Vì dòng điện điều khiển có trị số lớn nên không thể thay đổi mômen của động cơ điện bằng cách thay đổi dòng điện trực tiếp,thay vào đó ta điều khiển tốc độ động cơ để thay đổi mômen trợ lực. Việc thay đổi mômen tùy theo tốc độ giúp ta xác định được đặc tính động cơ trợ lực và đồng thời xây dựng thuật toán điều khiển cho động cơ. Ở đây ta sử dụng nguyên lý xung điều rộng để điều khiển tốc độ của mô tơ trợ lực.
• Sơ đồ mô hình thí nghiệm
Hình 3-10 là sơ đồ mô hình thí nghiệm khảo sát đặc tính của động cơ trợ lực. Mô hình bao gồm các bộ phận : Bộ phận cơ cấu lái có mô tơ trợ lực, bộ phận lực kế để xác định lực trên vành lái, bộ phận mạch điều khiển sử dụng trong việc điều khiển động cơ,đồng hồ ampe kế có thang đo lớn hơn 60A.
• Các bước thực hiện
- Mắc một đầu lực kế vào vành lái, đầu còn lại của lực kế được cố định
- Cấp xung điều rộng để điều khiển cho mô tơ trợ lực quay vành lái thuận chiều kim đồng hồ như trên hình vẽ
- Tại mỗi thời điểm xung điều rộng khác nhau ta có mô men trên trục lái tương ứng
- Ghi lại giá trị trên lực kế và giá trị trên đồng hồ ampe kế tại mỗi thời điểm phát xung điều rộng đó.
• Kết quả
Sau khi thực hiện thí nghiệm và lấy trung bình các số liệu thu được ta xây dựng được đường đặc tính động cơ (Hình 3-11). Đường đặc tính này có dạng tuyến tính,nó thể hiện mối quan hệ giữa dòng điều khiển của động cơ và mômen trợ lực trên trục lái. Nhìn vào đồ thị ta có thể xác định được mô men trợ lực lớn nhất tác dụng vào trục lái có giá trị là 7,56Nm tại thời điểm dòng điều khiển cấp vào động cơ trợ lực là 68A.
Mvl(Nm) Iđc(A)
Hình 3-11: Đặc tính động cơ trợ lực
3.4.Xây dựng mạch điều khiển