CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN
3.2. Xây đựng đặc tính trợ lực lái và tính chọn motor điện một chiều
Với phương án thiết kế động cơ điện trợ lực cho trục lái ta có các thông số kĩ thuật sau (Dựa vào bảng 6.1/348 Giáo trình thiết kế ô tô – Phạm Xuân Mai)
Tải trọng lên trục 6,500N Lực trên bánh răng 6,000N Tỷ số truyền u = 40
Dòng điện cực đại khi quay vòng tại chỗ Imax= 48A 3.2.1. Xây dựng đặc tính trợ lực lái điện.
Đồ thị đặc tính trợ lực lái điện có dạng như hình 3.2, đường đặc tính trợ lực biểu hiện dòng điện cấp cho động cơ điện là hàm của momen cản Mc và vận tốc xe V.
Hình 3.2. Đồ thị đặc tính trợ lực lái cho hệ thống trợ lực lái điện.
Khi ô tô quay vòng tại chỗ, đồng nghĩa vận tốc xe bằng 0 (V = 0), momen cản quay vòng Mc = Mcmax thì dòng điện được cấp cho động cơ điện sẽ có giá trị là lớn nhất I = Imax = 48 (A), còn khi ô tô chuyển động với vận tốc cực đại (V = Vmax), momen cản quay vòng Mc = M0 đồng nghĩa thì dòng điện được cấp cho động cơ điện sẽ có giá trị nhỏ nhất I = Imin. Ngoài ra ở mỗi vận tốc chuyển động, dòng điện cấp cho động cơ điện sẽ tỉ lệ thuận với momen động cơ điện tạo ra, và sẽ giảm tỉ lệ nghịch với momen cản quay vòng, khi momen cản quay vòng nhỏ hơn giá trị M0, tương ứng với góc quay vô lăng khoảng 10 – 15o thì dòng điện cấp cho trợ lực I = 0. Với đặc tính như trên, ECU sẽ tiếp nhận 2 tín hiệu: tín hiệu momen cản lấy từ cảm biến momen lắp trên trục lái và tín hiệu vận tốc xe lấy từ cảm biến vận tốc bánh xe cầu sau.
3.2.2. Tính chọn motor điện trợ lực
Lực cần thiết mà trợ lực lái phải sinh ra tại vô lăng được tính theo công thức
58
Pt = Pvlmax - Pn
Trong đó:
Pvlmax: là lực cực đại mà người lái có thể tác dụng lên vành lái
→ Pvlmax = 159,45(N)
Pn: là lực tác động của người lái để trợ lực bắt đầu hoạt động, đối với xe du lịch thì Pn = 40 – 70 (N)
→ Chọn Pn = 40 (N).
Như vậy ta có lực cần thiết mà trợ lực phải sinh ra tại vô lăng:
Pt = Pvlmax - Pn = 159,45– 40 = 119,45 (N)
Momen mà trợ lực cần sinh ra tính tại vị trí lắp động cơ điện được xác định bởi công thức:
𝑀𝑡𝑙 = 𝑃𝑡. 𝑅𝑣𝑙. 𝑖𝑡𝑙. 𝜂𝑡ℎ Trong đó:
itl là tỉ số truyền lực được xác định theo công thức.
𝑖𝑡𝑙 = 𝑀𝑐
𝑃𝑣𝑙. 𝑅𝑣𝑙 = 410,43
159,45.0,18 = 14,3 Vậy ta xác định được momen trợ lực:
𝑀𝑡𝑙 = 𝑃𝑡. 𝑅𝑣𝑙. 𝑖𝑡𝑙. 𝜂𝑡ℎ = 119,45 .0,18.14,3.0,65 = 194,83 (𝑁𝑚)
Do đông cơ điện được kết nối với hệ thống lái thông qua một bộ giảm tốc nên công suất động cơ điện sẽ được tính theo công thức:
𝑁đ = 𝑀𝑡𝑙. 𝜔𝑡𝑙 𝜂𝑏 Trong đó:
- Mtl: là momen trợ lực lái.
- ωtl: là vận tốc góc lớn nhất trên trục ra của truyền trục vít bánh vít kết nối động cơ điện với hệ thống lái, được xác định theo công thức
𝜔𝑡𝑙 =𝑛𝑣𝜋 30
Với nv là vận tốc cực đại mà người lái có thể quay vô lăng được, đối với ô tô du lịch nhỏ 4 chỗ, nv = 90 vòng/phút, ta có:
𝜔𝑡𝑙 =𝑛𝑣𝜋
30 = 90𝜋
30.60 = 0.016(𝑟𝑎𝑑/𝑠)
- ηb: là hiệu suất của động cơ điện, với động cơ điện sử dụng bộ giảm tốc là bộ truyền bánh răng trục vít theo bảng 2.3[I] Thiết kế Trịnh Chất T1, ηb = 0,7 ÷ 0,75→
Chọn ηb =0,75.
Như vậy, ta xác định được công suất công tác của động cơ điện:
𝑁đ = 𝑀𝑡𝑙. 𝜔𝑡𝑙
𝜂𝑏 = 194,83 .0,016
0,75 = 4,15(𝑊) = 0,0041(𝐾𝑊)
Chọn nsb cho động cơ điện trợ lực điện hệ thống lái là nsb =1500(vòng/phút).
Với công suất công tác Nđ = 0,0041(KW) và nsb = 1500 (vòng/phút) chọn động cơ điện trợ lực theo bảng P1.3[I]/237 Thiết kế Trịnh Chất T1, chọn động cơ điện 4A50A4Y3 có công suất P = 0,06KW và vận tốc quay n1 = 1378 (vòng/phút)
3.2.3. Tính toán điều khiển motor điện
Để motor trợ lực thay đổi theo tốc độ của otô thì ta thay đổi momen trợ lực bằng cách điều khiển dòng điện cấp cho motor theo tốc độ xe và theo momen tác động trên trục lái:
Với vận tốc nhỏ nhất vmin = 0km/h, thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 48A Với vận tốc xe lớn nhất vmax = 160km/h, thì dòng điện cực đại cấp cho motor là 12A.
Vì vậy ta tính dòng điện cung cấp cho motor ở các vận tốc khác nhau theo công thức sau:
𝐼 = 48 −(48 − 12). 𝑣 160 (𝐴)
VËn tèc xe(km/h) 0 40 80 120 160
Dòng điện max(A) 48 39 30 21 12
60
Ta có lực nhỏ nhất mà người lái cần phải tác dụng lên vành lái để bắt đầu trợ lực là Pn = 40N, như vậy momen trợ lực nhỏ nhất tác dụng lên trục lái là:
𝑀𝑡𝑙 = 𝑃𝑛. 𝑅𝑣𝑙. 𝑖𝑡𝑙. 𝜂𝑡ℎ = 40.0,18.14,3.0,65 = 66,9 (𝑁𝑚)
Ta có lực lớn nhất mà người lái có thể tác dụng lên vành lái để trợ lực hoạt động cực đại là Pn = Pvlmax = 175,8 (N), như vậy momen trợ lực cực đại tác dụng lên trục lái là
𝑀𝑡𝑙 = 𝑃𝑛. 𝑅𝑣𝑙. 𝑖𝑡𝑙. 𝜂𝑡ℎ = 159,45.0,18.14,3.0,65 = 266,7 (𝑁𝑚) Ta có đồ thị sau:
Hình 3.3: Đồ thị biểu thị momen quay theo dòng điện của motor
Trên hình 3.3 ta thấy khi vận tốc xe càng lớn thì độ dốc của đồ thị càng nhỏ có nghĩa là dòng điện cấp cho motor càng nhỏ với cùng momen tác dụng trên trục lái càng nhỏ, như vậy momen trợ lực của động cơ điện thay đổi theo tốc độ xe, tốc độ xe càng lớn hệ thống lái trợ lực càng ít đi.