Hệ thống lái trợ lực điện sử dụng nguồn trợ lực là motor điện một chiều, motor
điện cĩ thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác nhau tuỳ theo mức độ đánh lái của
người lái và vận tốc của ơtơ. Đây là hệ thống điều khiển điện tử sử dụng các cảm biến mơmen, cảm biến vận tốc, cảm biến gĩc quay...
Tuỳ theo việc bố trí motor điện, hiện nay cĩ các loại EPS sau:
8.1.1. Motor điện lắp trên trục lái (Column- type)
a. Sơ đồ khối b. Sơ đồ thực tế
Hình 8.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type
Hình 8.1 trình bày sơ đồ khối điều khiển của hệ thống lái EPS với motor điện đặt trên trục lái. Trong sơ đồ này, motor trợ lực, cảm biến mơ men, và ECU được gắn vào trục lái. ECU nhận các tín hiệu từ cảm biến gĩc đánh lái, cảm biến mơ men và cảm biến vận tốc để tính tốn điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ thống.
Khoa Cơ khí Động lực Đại học S− phạm kỹ thuật Hng Yên
Hc phn H thng in thân xe & đk gầm ơ tơ- Tín chỉ 2 139
Với kiểu trợ lực này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên khơng gian bên dưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên dễ dàng bố trí và cũng thuận tiện cho cơng việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU. Đặc biệt với motor điện đặt trên trục lái sẽ giảm thiểu được các khả năng hư hỏng như đi nơi đường ngập nước và các va chạm trong quá trình chuyển động trên các địa hình phức
tạp.
Vì motor trợ lực đặt trước cơ cấu lái nên mơ men lớn nhất của motor khơng cần phải lớn, điện áp sử dụng cho động cơ điện tương thích với hệ thống nguồn 12V. Hệ thống kiểu này thường được lắp trên xe cĩ khối lượng đặt lên cầu trước < 650 kg.
8.1.2. Motor điện lắp trên cơ cấu lái (Pinion- type)
a. Sơ đồ khối
b. Sơ đồ thực tế
Hình 8.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type
Hình 8.2 trình bày sơ đồ khối điều khiển của hệ thống lái với motor điện nằm
trên cơ cấu lái. Đặc điểm của kiểu trợ lực này là ECU và cảm biến mơmen được lắp trên trục lái cịn motor điện được lắp vào bánh răng chủ động của cơ cấu lái. ECU
Khoa Cơ khí Động lực Đại học S− ph¹m kü thuËt H−ng Yªn
Học phần H thống đin thân xe & đk gầm « t«- TÝn chØ 2 140
nhận các tín hiệu từ cảm biến gĩc đánh lái, cảm biến mơ men và cảm biến vận tốc để tính tốn điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ thống.
Với kiểu trợ lực này ECU điều khiển motor trợ lực, với kiểu lắp này mơ men của motor sinh ra khơng cần phải lớn nhưng lại tốn khơng gian bố trí bên dưới ECU điều khiển motor trợ lực trực tiếp vào bánh răng chủ động của cơ cấu lái. Kiểu trợ lực này thường được lắp trên xe cĩ khối lượng đặt lên cầu trước < 850 kg
8.1.3. Motor điện nằm trên thanh răng (Rack- type)
a. Sơ đồ khối
b. Sơ đồ thực tế Hình 8.3: Sơ đồ EPS kiểu rack-type
Hình 8.3 trình bày sơ đồ khối điều khiển hệ thống lái trợ lực điện với motor điện nằm trên thanh răng. Kiểu EPS này cĩ đặc điểm là ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ thống. Vì thế, địi hỏi mơmen của motor cần phải lớn và tốn khơng gian bố trí bên dưới. Đây là hệ thống các bộ phận được bố trí riêng biệt với nhau, nên hiệu suất của các bộ phận được phát huy tối đa.
Tuy vậy, hệ thống dễ bị các trục trặc như đi ở đường ngập nước, đường mấp mơ dẫn đến va đập làm ảnh hưởng tới hệ thống. Kiểu này thường được lắp trên các xe cĩ khối lượng đặt lên cầu trước > 1350 kg.
Khoa Cơ khí Động lực Đại học S− ph¹m kü thuËt H−ng Yên
Học phần H thống đin thân xe & đk gầm ô tô- TÝn chØ 2 141 8.2. Sơ đồ khối
Sơ đồ khối điều khiển được thể hiện trên hình 2.15.
Hình 8.4: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện tử bao gồm 3 cụm chính: Khối tín hiệu đầu vào, khối xử lý trung tâm ECU và khối cơ cấu chấp hành. Trong đĩ:
• Khối tín hiệu đầu vào của ECU EPS bao gồm:
+ Điện áp ắc quy (+B): Đầu vào này được sử dụng để theo dõi điện áp và tải của hệ thống, từ đĩ tăng tốc độ khơng tải của động cơ.
+ Cảm biến tốc độ xe: ECU EPS tính tốn dịng điều khiển cho mơ tơ dựa vào tín hiệu cảm biến tốc độ xe.
+ Cảm biến mơ men: Đo độ xoắn của thanh xoắn.
+ ECU động cơ: Truyền tải các dữ liệu tới ECU EPS như tốc độ động cơ, nguồn và tốc độ xe.
+ Cảm biến tốc độ động cơ: ECU động cơ nhận tín hiệu này để tính tốn tăng tốc
độ khơng tải.
+ Cảm biến vị trí gĩc đánh lái: tín hiệu này được gửi về ECU EPS thơng báo các trạng thái đánh lái của người điều khiển xe như: quay trái, quay phải hay đi thẳng.
• Khối tín hiệu đầu ra của ECU EPS bao gồm:
+ Mơ tơ trợ lực điện: Mơ men đầu ra của mơ tơ được điều khiển bởi sự thay đổi dịng điện do ECU EPS cấp cho mơ tơ (dịng nhỏ thì mơ men thấp, dịng lớn thì mơ men cao).
Khoa Cơ khí Động lực Đại học S− ph¹m kü thuËt H−ng Yªn
Häc phần H thống đin thân xe & đk gầm ơ t«- TÝn chØ 2 142
+ Đèn báo EPS: Đèn báo EPS sáng khoảng 5s khi bật khĩa điện. Đèn báo sáng
liên tục khi hệ thống EPS bị lỗi hoặc trong quá trình kết nối với máy chẩn đốn.
• Khối xử lý trung tâm ECU:
ECU tiếp nhận các thơng số tín hiệu của tín hiệu đầu vào sau đĩ tính tốn và điều khiển mơ tơ trợ lực.
8.3. Nguyên lý điều khiển
ECU của EPS nhận tín hiệu chính từ cảm biến mơ men và từ tốc độ xe, ngồi ra cĩ các tín hiệu phụ như tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu B+, chế độ khơng tải để tính tốn điều khiển mơ tơ trợ lực phù hợp với điều kiện lái. Lực đánh lái càng lớn thì mơ tơ trợ lực càng nhiều, nhưng mơ men trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng dần.
+ Trạng thái quay vịng: khi người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiện hiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn, cảm biến mơ men thay đổi điện áp tùy theo chiều quay và độ lệch tương đối giữa hai đầu thanh xoắn sau đĩ truyền tín
hiệu về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính tốn ra dịng điện điều khiển và chiều quay của mơ tơ trợ lực cho phù hợp.
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái khơng được tác động do đĩ khơng cĩ hiện tượng xoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến mơ men khơng thay đổi điện áp, vì thế ECU khơng điều khiển mơ tơ trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên.