6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
4.1.1. Lựa chọn hệ thống lái trợ lực điện trên mô hình:
Hệ thống lái trợ lực điện được trang bị khá phổ biến trên các xe ô tô hiện nay. Các loại xe điển hình sử dụng hệ thống lái kiểu này có thể kể đến gồm: Toyota, Kia, Honda, Ford, Mitsubishi, BMW, Lexus… Các bộ phận cơ bản của hệ thống lái trợ lực điện trên các dòng xe này về cơ bản bao gồm:
Cảm biến mô men xoắn, bộ phận này được dùng để xác định mô men đánh lái của người điều khiển tác động lên hệ thống lái.
Động cơ điện một chiều, bộ phận này có chức năng tạo ra mô men trợ lực tác động lên hệ thống khi cần trợ lưc.
Cơ cấu hộp giảm tốc, nó có tác dụng là làm giảm tốc độ và tăng mô men trợ lực của động cơ điện một chiều truyền tới hệ thống lái.
Bộ phận điều khiển ECU-EPS.
Ngoài ra còn có thiết bị để tạo ra nguồn điện cung cấp cho hệ thống.
Dưới đây là một số so sánh về khác biệt giữa cấu tạo và cách bố trí các bộ phận cơ bản trên các dòng xe:
Điển hình cho hệ thống lái trợ lực điện của hãng Ford có thể kể đến dòng xe Focus đời 2012. Trên dòng xe này, động cơ điện trợ lực được đặt trên cơ cấu lái và được thiết kế rời, hộp giảm tốc trên hệ thống này là hộp giảm tốc kiểu dây đai, cảm biến mô men xoắn thì được bố trí gần bánh răng trục lái. Sơ đồ cấu tạo và bố trí như Hình 4.2.
Với cách bố trí như vậy nên hệ thống lái trợ lực điện này có một số ưu điểm nổi bật như sau: kết cấu của hệ thống ít cồng kềnh; động cơ điện được đặt gần cơ cấu lái nên mô men truyền lực sinh ra được truyền trực tiếp tới cơ cấu lái và ít bị tổn thất hơn.
Ngoài những ưu điểm có được, hệ thống này cũng có một số khuyết điểm như sau:
- Cách bố trí gây khó khăn cho việc kiểm tra, sửa chữa sau này vì động cơ điện, hộp giảm tốc và cảm biến đều được đặt dưới gầm xe.
- Động cơ điện bố trí như vậy nên cơ cấu hộp giảm tốc được sử dụng là hộp giảm tốc kiểu dây đai, đây là loại có cấu tạo phức tạp gồm nhiều chi tiết hơn so với hộp giảm tốc trục vít - bánh vít. Chính vì vậy mà độ tin cậy của nó sẽ không bằng loại trục vít - bánh vít. Mặt khác, do cấu tạo phức tạp nên giá thành chắc chắn cao hơn.
Với dòng xe Toyota, có thể kể đến hệ thống lái trợ lực điện được trang bị trên xe Toyota Vios. Hệ thống lái trợ lực này được sử dụng là kiểu hệ thống lái với động cơ điện một chiều và cảm biến mô men xoắn được bố trí trên trục lái. Những bộ phận sử dụng trong hệ thống thuộc các loại sau: Cảm biến mô men xoắn là cảm biến loại lõi thép xoay; Động cơ điện một chiều là loại chế tạo rời rất dễ tháo lắp; Bộ phận hộp giảm tốc sử dụng loại trục vít - bánh vít. Về cơ cấu lái, cũng như những dòng xe khác có sử dụng hệ thống lái trợ lực điện, thường được sử dụng là cơ cấu lái thanh răng – bánh răng. Hình ảnh của hệ thống lái trên dòng xe này được trình bày ở Hình 4.3
Với đặc điểm cấu tạo và cách bố trí như vậy, hệ thống lái trên dòng xe này có những ưu điểm sau:
- Cách bố trí của dòng xe này sẽ thuận lợi cho việc kiểm tra, sửa chữa khi có xảy ra sự cố, hư hỏng.
- Động cơ trợ lực là loại được chế tạo rời nên có cấu tạo không quá phức tạp, dễ chế tạo hơn loại liền khối với cơ cấu lái. Do đó, loại động cơ điện này có giá thành thấp. Hơn nữa, với cấu tạo là một bộ phận rời nên loại động cơ điện này sẽ thuận lợi và dễ dàng cho việc tìm hiểu cũng như kiểm tra, sửa chữa sau này.
- Bộ phận cảm biến mô men xoắn là loại lõi thép xoay. Theo tìm hiểu ở chương 2, ta thấy loại lõi thép xoay có cấu tạo với ít cuộn dây hơn (hai cuộn phát hiện), các rô to được làm từ kim loại và được liên kết thành một khối thống nhất, bền vững. Do đó, cảm biến mômen xoắn loại lõi thép xoay sẽ làm việc tin cậy hơn và bền hơn cảm biến mômen xoắn loại lõi thép trượt và loại 4 vành dây.
- Hộp giảm tốc của hệ thống này thuộc loại kiểu trục vít - bánh vít nên có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, độ tin cậy cao và giá thành thấp.
Ngoài những ưu điểm có được, hệ thống lái trợ lực điện trên dòng xe này cũng có những mặt hạn chế như sau: động cơ điện được chế tạo rời nên kết cấu sẽ cồng kềnh hơn so với loại chế tạo liền với cơ cấu lái; việc bố trí động cơ điện trên trục lái sẽ làm cho mô men trợ lực sinh ra để truyền tới cơ cấu lái sẽ bị tổn thất trên trục lái; Hộp giảm tốc kiểu trục vít - bánh vít cũng sẽ làm cho hệ thống thêm cồng kềnh.
Tiếp theo xin giới thiệu về hệ thống lái trên xe Kia Morning. Hệ thống lái trợ lực điện trên xe này hoàn toàn giống với hệ thống lái trên xe Toyota Vios. Từ cách bố trí cho tới các bộ phận trên hệ thống đều giống nhau. Vì vậy mà ưu, nhược điểm của hệ thống này cũng giống như hệ thống trên xe Toyota Vios.
Hình ảnh cách bố trí của hệ thống lái trợ lực điện trên xe Kia Morning được trình bày ở Hình 4.4.
Hình 4.4 . Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Kia morning [9]
Cuối cùng xin giới thiệu hệ thống lái trợ lực điện trên xe Lexus. Hệ thống lái trợ lực điện trên xe này có cách bố trí và các bộ phận trong hệ thống có sự khác biệt so với các loại đã trình bày ở trên. Khác biệt đầu tiên là hệ thống này bố trí cảm biến mômen xoắn nằm ngay vị trí bánh răng của cơ cấu lái. Khác biệt lớn nhất là nằm ở bộ phận động cơ điện trợ lực. Động cơ điện sử dụng trong hệ thống là loại được chế tạo liền khối với cơ cấu lái, bộ phận hộp giảm tốc cũng được chế tạo chung với động cơ điện tạo thành một khối. Việc chế tạo liền khối này làm cho cấu tạo của động cơ điện, hộp giảm tốc và cơ cấu lái khá phức tạp. Do đó, chắc chắc giá thành sẽ cao hơn nhiều so với các loại trên.
Do cách bố trí và chế tạo liền khối nên ưu điểm của hệ thống này là rất gọn và chắc chắn. Tuy nhiên việc chế tạo liền khối làm cho việc khắc phục sự cố, sửa chữa, kiểm tra hư hỏng trong quá trình sử dụng sẽ khó khăn. Hình ảnh bố trí được trình bày ở Hình 4.5.
Hình 4.5 . Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Lexus [11]
Sau khi xem xét các đặc điểm về cấu tạo cũng như cách bố trí, nhận thấy: Tuy trên mỗi hãng xe, mỗi dòng xe có cách bố trí cũng như các bộ phận có cấu tạo khác nhau, nhưng chúng cũng sẽ làm việc theo một nguyên lý nhất định. Với các nhận xét đánh giá về ưu khuyết điểm của các loại hệ thông lái trợ lực điện đã nêu trên, đề tài lưa chọn sử dụng hệ thống lái trợ lực điện của dòng xe Toyota Vios phục vụ cho việc chế tạo mô hình. Hơn nữa, dòng xe Toyota Vios được sử dụng rất phổ biến ở nước ta nên sản phẩm mô hình sẽ giúp cho sinh viên có điều kiện tiếp cận nhiều hơn trong thực tế. Các bộ phận cơ bản được lựa chọn từ hệ thống trợ lực điện của xe Toyota Vios 2007 như Hình 4.6.
Hình 4.6 . Các bộ phận cơ bản của Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios 2007 [12]
Các mô tả chính theo hướng dẫn kỹ thuật như sau:
Cảm biến mô men xoắn:
Sơ đồ đấu dây:
Bảng 4.1. Bảng chỉ dẫn kỹ thuật
Ký hiệu chân Mô tả chức năng Giá trị quy định TRQV (c1-6) Nguồn dương cấp
cho cảm biến
Điện áp cung cấp: 7.5 tới 8.5 V
TRQ1 (c1-5) Đầu ra 1 của cảm biến mô men xoắn
Min : 0,3 V; Max: 4,7 V
1. Khi tay lái không quay: 2,3 V tới 2,7 V 2. Quay tay lái sang phải: 2.5 tới 4.7 V 3. Quay tay lái sang trái: 0.3 tới 2.5 V TRQ2 (c1-7) Đầu ra 2 của cảm
biến mô men xoắn
Min : 0,3 V; Max: 4,7 V
1. Khi tay lái không quay: 2,3 V tới 2,7 V 2. Quay tay lái sang phải: 2,5 tới 4,7 V 3. Quay tay lái sang trái: 0,3 tới 2,5 V TRQG (c1-8) Mass cấp cho cảm
biến mô men xoắn
So sánh với mass nguồn có trở kháng < 1 Ohm
Động cơ trợ lực:
Sơ đồ đấu dây:
Bảng chỉ dẫn kỹ thuật:
Điện áp làm việc: 11V – 14 V
Trở kháng cuộn dây: 0,08 – 0,15 Ohm
Trở kháng cách điện cuộn dây và mass: > 1Mohm
Dòng điện khi quay từ trái qua phải và ngược lại: từ 10 A – 55 A