CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN ÔTÔ
1.3. Kết luận chương 1
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành ô tô ngày càng phát triển hơn đầy đủ hơn nên yêu cầu về hệ thống lái ngày càng có tính cơ động cao, tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao… Đảm bảo động học quay vòng đúng với mọi trường hợp hoạt động. Chính vì vậy sự phát triển của hệ thống lái cũng rất nhanh để phù hợp với mọi yêu cầu của cuộc sống. Hệ thống lái trợ lực điện là hệ thống được sử dụng phổ biến trên các hãng xe không thể không kể đến như: Hyundai, Toyota, BMV, Mercedes, Porsche, Nissan… Nó cùng với các hệ thống khác kết hợp với nhau để đảm bảo tình trạng hoạt động của xe một cách ổn định nhất. Nhiệm vụ quan trọng hơn nữa là phải điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện giúp người lái thoải mái và không tốn nhiều sức lực trong việc lái xe. Phần nghiên cứu tiếp theo sẽ đi sâu hơn về hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Corolla altis 1.8.
Chương 2: SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA COROLLA ALTIS 1.8 2.1. Giới thiệu tổng quát về xe Toyota Corolla Altis 1.8
2.1.1. Thông số của xe Toyota Corolla Altis 1.8
Corolla Altis 1.8 là một trong ba mẫu sedan chủ lực của hảng Toyota: Camry, Altis, Vios
Corolla Altis được trang bị động cơ xăng 3ZR-FE, đi kèm với hộp số tự động 4 cấp và ứng dụng nhiều công nghệ mới nên tăng cường cho xe khả năng vận hành mạnh mẽ những lúc cần bức phá tốc độ, và vẫn đảm bảo độ êm dịu tiện nghi cho người ngồi trên xe.
Thiết kế nội và ngoại thất mang phong cách thể thao trẻ trung với nhiều điểm nhấn sang trọng và cao cấp hơn. Bên cạnh đó xe được trang bị nhiều hệ thống an toàn và tiện nghi: hệ thống túi khí, hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS.
Danh tiếng toàn cầu với sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối, Toyota Corolla Altis khẳng định những giá trị truyền thống dựa trên nền tảng mới của thiết kế và công nghệ một cách thiết phục.
Hình 2.1. Hình dáng tổng thể xe Toyota corolla Altis 1.8
Bảng 2.1. Giới thiệu về các hệ thống và các trang thiết bị của xe TOYOTA
COROLLA ALTIS 1.8
TT Tên hệ thống, trang thiết bị Loại thiết bị
1 Hộp số 4 số tự động
2 Hệ thống treo Trước Kiểu McPherson
Sau Thanh xoắn
3 Hệ thống phanh Trước Đĩa thơng gió 15”
Sau Đĩa 15”
4 Hệ thống lái Trợ lực điện
5 Đèn trước Halogen
6 Đèn sau LED
7 Kính chiếu hậu Màu Cùng màu thân xe
Gập điện Có Tích hợp Có
đèn bảo vệ
8 Hệ thống gạt nước mưa Gián đoạn, điều chỉnh bán thời gian
9 Tấm ốp hướng cản trước
Có
10 Tấm ốp hướng gió sườn trái/ phải
Có
11 Tấm ốp cản gió sau Có
12 Chụp ống xả mạ crơm Có
13 Tay lái Loại 4 chấu, bọc da có lẫy chuyển số
Điều chỉnh 4 hướng
Có
14 Các nút điều chỉnh Âm thanh Có Màn hình
hiển thị đa thơng tin
Có
15 Bảng đồng hồ Loại Optrion
16 Cửa sổ điều chỉnh điện Có
17 Khố cửa trung tâm Có
18 Khố cửa từ xa Có
19 Tay nắm cần số ốp gỗ & mạ bạc
20 Hệ thống âm thanh Loại AM/FM/MP3/WMA
21 Hệ thống điều hoà nhiệt độ
Chỉnh tay
23 Hàng ghế trước Trượt Có Ngả Có Điều chỉnh độ cao mặt ghế Có
24 ABS với EBD Có
25 BA Có 26 Cảm biến lùi Có s27 Chốt an tồn cho trẻ em Có 28 Hệ thống chống trộm Có 29 Túi khí Có
30 Dây đai an tồn Có (tất cả các ghế)
2.1.2. An toàn cùng Toyota Corolla Altis 1.8
Khơng có gì q giá và quan trọng hơn sự an toàn của bạn, nhất là khi tăng tốc vượt chướng ngại vật. Hiểu được điều này, Toyota đã trang bị cho chiếc xe Toyota Corolla Altis 1.8 hoàn toàn mới các hệ thống an toàn vượt trội. Mẫu xe mới này hội tụ các tính năng an tồn chủ động và bị động tân tiến nhất, nhằm mang lại sự an toàn tối đa cho hành khách và người lái. Toyota Corolla Altis 1.8 sử dụng hệ thống lái trợ lực điện hỗ trợ và đảm bảo an toàn cho việc điều khiển cho người lái.
Cùng với cấu trúc thân xe, ốp cửa cũng sử dụng vật liệu hấp thu xung lực để giảm thiểu lực tác dụng và ảnh hưởng tới hành khách khi có va chạm bên. Hai túi khí SRS phía trước được lắp đặt trong chiếc Corolla Altis mới sẽ bảo vệ tối đa hành khách và người lái khi xảy ra va chạm, và nâng cao hơn tính năng an tồn. Hệ thống chống bó cứng phanh ABS với cơ chế phân bổ lực
phanh điện tử EBD giúp bánh xe khơng bị bó cứng và ổn định ngay cả khi phanh gấp trên đường trơn trượt. Phanh đĩa ở cả 4 bánh cùng hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (BA) giúp phanh chính xác và hiệu quả ở những tình huống khẩn cấp.
Phanh đĩa trên cả 4 bánh tạo lực phanh hiệu quả và chính xác. Phanh đĩa thơng gió ở bánh trước giúp tránh hiện tượng mất phanh. Đặc biệt, cấu trúc ghế có thiết kế giảm chấn thương đốt sống cổ. Trong trường hợp có va chạm từ phía sau, cấu trúc này sẽ nâng đỡ đồng thời vùng đầu và cột sống giúp giảm thiểu áp lực lên cổ.
2.2. Khái quát hệ thống lái trợ lực điện 2.2.1. Mô tả hệ thống trợ lực lái điện 2.2.1. Mô tả hệ thống trợ lực lái điện
Hệ thống trợ lực lái điện sinh ra momen qua hoạt động của một trục vít và bánh răng giảm tốc lắp trên trục lái để được hỗ trợ vào lực đánh lái
ECU sẽ định hướng và độ lớn của trợ lực lái dựa trên tín hiệu tốc độ xe và tín hiệu từ cảm biến lắp trong cụm trục lái. Kết quả là lực đánh lái được điều chỉnh nhẹ đi khi ở tốc độ thấp và lớn hơn khi ở tốc độ cao.
a. ECU trợ lực lái
ECU trợ lực lái tính tốn trợ lực dựa trên tín hiệu momen đánh lái từ cảm biến momen và tín hiệu tốc độ từ ECU điều khiển.
b. Cảm biến momen
Cảm biến momen sẽ xác định được lực đánh lái được tạo ra khi vô lăng quay và chuyển nó thành tín hiệu điện.
c. Môtơ tợ lực lái
Mô tơ trợ lực lái được kích hoạt bằng nguốn điện ECU trợ lực lái và tạo ra momen hỗ trợ cho lực đánh lái
Hình 2.2. Sơ đồ mạch hệ thống lái điện
2.2.2. Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện
Các phần tử chính của trợ lực lái điện gồm có: Mơ tơ điện một chiều; Các cảm biến; Bộ điều khiển trung tâm (ECU); Hộp giảm tốc.
* Mô tơ:
Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái. Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện có nhiệm vụ tạo ra mơ men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:
+ Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng;
+ Mơ tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra;
+ Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc.
Do vậy Mơ tơ điện có các đặc điểm:
+ Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản;
+ Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển;
+ Dao động và tiếng ồn nhỏ;
+ Lực quán tính và ma sát nhỏ;
+ Độ an toàn và độ bền cao. * Bộ điều khiển trung tâm (ECU)
Bộ điều khiển trung tâm (ECU) nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin để điều khiển mô tơ.
Yêu cầu đối với ECU gồm có:
+ Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dịng điện mơ tơ). Các chức năng này gồm có:
1. Điều khiển được dịng điện cấp cho Mơ tơ theo quy luật xác định
Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dịng điện cấp cho Mơ tơ ) theo tốc độ xe và mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong tồn dải tốc độ xe.
2. Điều khiển bù
Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho Mô tơ tương ứng với sự biến động mô-men xoắn đầu vào.
Khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp, trợ lực lái điện giúp cho vành tay lái trở lại vị trí chuyển động thẳng sau khi đã quay vòng bằng cách bù dòng điện mô tơ.
4. điều khiển tụ
Khi ô tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lên vành lái ở vị trí đang quay vịng (ví dụ, trong khi chuyển làn đường) bằng cách bù dịng điện cấp cho mơ tơ làm cho vành lái có thể dễ dàng trở về vị trí thẳng .
5. Tối đa dịng điện cấp cho mơ tơ
Giới hạn dịng điện của mơ tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU và mô tơ không bị hư hỏng do quá tải.
+ Đảm bảo độ tin cậy (Chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi). Để đảm bảo độ tin cậy trong ECU sẽ có mạch tự chuẩn đốn và sửa lỗi). Nó sẽ theo dõi sự sai lệch của các phần tử trong hệ thống và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ điều khiển các chức năng EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng của sự sai lệch và cảnh báo cho người lái xe. Ngồi ra, nó cịn lưu trữ các vị trí các sai lệch trong ECU.
+ Đảm bảo tính đối thoại với các hệ thống khác (Chức năng truyền tin và kiểm tra hệ thống EPS).
* Các cảm biến:
Các cảm biến có nhiệm vụ cấp tín hiệu mơ men lái, vận tốc chuyển động xe và tốc độ trục khuỷu động cơ. Về cơ bản trợ lực lái điện có cảm biến mơ men lái hoặc tốc độ đánh lái. Đa phần hiện nay sử dụng cảm biến mô men lái. Các cảm biến này có hai loại chính là có tiếp điểm và khơng có tiếp điểm. Ưu điểm của loại không tiếp điểm là : khơng bị mịn do lão hóa, từ trễ nhỏ, là ít bị ảnh hưởng bởi dịch chuyển dọc trục và lệch trục.
2.2.3. Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện
Trợ lực lái được điều khiển theo các bản đồ được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ của ECU. EPS ECU có thể lưu trữ 16 bản đồ, các bản đồ này được kích hoạt ở nhà máy phụ thuộc vào các yêu cầu cho trước (ví dụ trọng lượng của ơ tơ).
Hình 2.3. Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện
1. Dịng cấp mơ tơ; 2. Tốc độ mơ tơ; 3. Vận tốc mô tơ; 4. Mô men lái; 6. Điều khiển dịng tối đa cho mơ tơ; 7. Điều khiển bù rung động; 8. Điều khiển phục hồi;
9. Điều khiển bù; 10. Điều khiển chính; 11. Dịng đích; 12 Hạn chế dòng cấp áp tối đa ra mơ tơ; 13. Điều khiển dịng cấp ra mơ tơ; 14. Dịng cấp cho mơ tơ
Ngoài ra các bản đồ náy cũng được kích hoạt bằng những cơng cụ qt ECU hoặc hệ thống lái sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế ECU hoặc hệ thống lái. Với bất kì một cái xe đã cho thì cả hai bản đồ tương ứng với xe hạng nặng và hạng nhẹ được chon. Mỗi bản đồ có 5 đặc tính khác nhau tương ứng với các vận tốc chuyển động của ô tô. Các bản đồ này xác định vùng trợ lực lái có thể làm việc.
Hình 2.4. Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện
Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước:
Bước 1: Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực để quay vô lăng;
Bước 2: Lực tác dụng lên vành lái sẽ làm cho thanh xoắn trong cơ cấu lái xoay. Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn và gửi các lực lái đã được tính tốn đên ECU;
Bước 3: Cảm biến góc quay của vơ lăng sẽ thơng báo góc quay vành lái và tốc độ đánh tay lái hiện thời;
Bước 4: Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc quay vơ lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong ECU, EPS ECU sẽ tính tốn lực trợ lực cần thiết và gửi đến động cơ điện;
Bước 5: Trợ lực lái sẽ tác động lên cơ cấu lái một lực trợ lực song song với lực đặt lên vành lái;
Bước 6: Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấu lái để quay vòng xe.
2.2.4. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS
Tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc có 2 kiểu trợ lực điện: Kiểu thứ nhất, hộp giảm tốc đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành lái. Kiểu thứ hai, hộp giảm tốc được tích hợp vào cơ cấu lái (trong trường hợp này cơ cấu lái thường là loại bánh răng – thanh răng và đặt trực tiếp trên thanh lái ngang).
2.3. Bố trí chung hệ thống lái xe Toyota Corolla Altis 1.8
Hệ thống lái ô tô Toyota Corolla Altis bao gồm: cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái. Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái xe Toyota Corolla Altis được cho trên hình 2.2
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe Toyota Corolla Atis
- Vành lái (vô lăng): vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng của người lái từ vành lái đến trục răng của cơ cấu lái.
- Cơ cấu lái: cơ cấu lái sử dụng trên xe Toyota Corolla Altis là cơ cấu lái bánh răng trụ và thanh răng. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của địn quay đứng và khuyếch đại lực điều khiển trên vành tay lái.
- Dẫn động lái: dẫn động lái bao gồm trục lái, thanh ngang, trục rơ tuyn, cam quay. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của địn quay đứng thành chuyển động góc của trục bánh xe dẫn hướng.
-Hệ thống trợ lực lái: có nhiệm vụ làm giảm lực điều khiển trên vành tay lái để giảm cường độ lao động cho người lái và để tăng tính an tồn của hệ thống điều khiển lái.
2.3.1 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lái trên xe Toyota Corolla Altis 1.8
Trong hệ thống lái của xe Toyota Corolla Altis có một mơtơ điện trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở trục lái chính ( trước đoạn các đăng trục lái). Tại đây cũng bố trí cảm biến mơmen lái. Cạnh đó là bộ điều khiển điện tử của trợ lực lái điện (EPS ECU).
Hình 2.6. Trợ lực lái điện với moto trợ lực trên trục lái
1. Moto 2. Cảm biến mơmen 3. Trục lái
4. Trục vít - bánh vít 5. Cơ cấu lái trục răng - thanh răng
Hình 2.7. Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực lái
1. vịng bi 2. trục vít 3. vỏ trục lái 4. khớp nối 5. roto 6. stator 8. trục lái chính 9. bánh vít 7. trục mơtơ
* Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống
Hệ thống được điều khiển theo sơ đồ tổng qt hình trên đó có thể nhận thấy các tín hiệu đầu vào của EPS ECU gồm 4 nhóm tín hiệu chính:
Hình 2.8. Tổng quát hệ thống điều khiển
1. Giắc nối đa năng số 1 5. Cảm biến tốc độ ô tô 9. Mô tơ trợ lực
2. Giắc nối đa năng số 2 6. ECU Mô tơ 7. Cảm biến vị trí trục khuỷu
3. Táp lơ 10. EPS ECU 11. Giắc kết nối dữ liệu số 1
4- ABS+TRC ECU 8. Đèn báo 12. Giắc kết nối dữ liệu số 2 a. Nhóm tín hiệu (2 hoặc 4 tín hiệu) từ cảm biến mơmen lái
b. Tín hiệu vận tốc chuyển động ơ tơ có thể gửi trực tiếp về EPS ECU hoặc thông qua ECU truyền lực và mạng điều khiển vùng ( CAN – Controller Area Network) và các giắc nối truyền tới EPS ECU.
c. Tín hiệu tốc độ mơ tơ ( xung biểu diễn số vòng quay trục khuỷu ne từ cảm biến trục khuỷu) thông qua ECU động cơ và mạng CAN truyền tới EPS ECU.
d. Nhóm dữ liệu cài đặt và tra cứu thông qua giắc kết nối dữ liệu DLC3 (Data