6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
2.5.1.Trợ lực trên trục lái:
Động cơ 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 mô men lái. Cạnh đó là ECU trợ lực lái điện (ECU - EPS), xem Hình 2.12.
Đến vành lái
Ly hợp điện từ
Cơ cấu trục răng - thanh răng Cảm biến
Hình 2.12. Cơ cấu trợ lực lái điện trợ lực trên trục lái [13]
a. Bố trí tổng quát b. Cụm động cơ điện trợ lực
Hệ thống được điều khiển theo sơ đồ tổng quát (Hình 2.12 và 2.13), trên đó có thể nhận thấy các tín hiệu đầu vào của ECU-EPS gồm 4 nhóm tín hiệu chính:
1- Nhóm tín hiệu từ cảm biến mô men lái
2- Tín hiệu tốc độ ô tô: Tín hiệu này có thể gửi trực tiếp về ECU-EPS hoặc truyền dữ liệu thông qua mạng CAN (Controller Area Network).
3- Tín hiệu tốc độ động cơ (xung NE từ cảm biến trục khuỷu) thông qua ECU động cơ và mạng CAN truyền tới ECU-EPS.
4- Nhóm dữ liệu cài đặt và tra cứu thông qua giắc kết nối dữ liệu DLC3 (Data Link Connector) để truy nhập các thông tin cài đặt và tra cứu thông tin làm việc của hệ thống và báo lỗi hệ thống.
Hình 2.14. Bố trí các cụm và Tablô thể hiện đèn báo lỗi P/S [13]
Những sự cố trong quá trình vận hành hệ thống được ghi lại trong bộ nhớ của ECU- EPS và cảnh báo bằng đèn P/S trên táplô (Hình 2.14)
Động cơ điện trợ lực lái có thể được điều khiển theo 2 cách: + Điều khiển điện áp
+ Điều khiển dòng điện
Phương pháp điều khiển điện áp (Voltage Control Method):
Trong phương pháp điều khiển điện áp (Hình 2.15), tốc độ quay và mô men của động cơ điện trợ lực được điều khiển chủ yếu căn cứ vào tín hiệu của cảm biến mô men lái và cảm biến tốc độ đánh lái.
Bảng táplô
Trục lái
- Cảm biến mômen - Động cơ DC - Cơ cấu giảm tốc
ECU điều khiển trượt
Hình 2.15. Sơ đồ mô phỏng quá trình điều khiển động cơ điện trợ lực lái theo phương pháp điều khiển điện áp [4]
Khi ô tô đang chạy ở vận tốc thấp, điều khiển thông thường sẽ được sử dụng. Với loại điều khiển này, giá trị đối với (R.i + k.N) trong công thức (2.2) là giá trị đầu ra dẫn tới động cơ điện để đạt được vận tốc phản hồi tốt (vận tốc phản hồi hệ thống lái). Và điều này sẽ đưa đến cho hệ thống lái những tính năng tiện lợi. Khi ô tô đang chạy ở vận tốc cao thì có thể tiếp tục sử dụng hai loại điều khiển.
- Trong phương pháp điều khiển thứ nhất – Điều khiển ngược, giá trị (k.N) được lấy giá trị nhỏ hơn để mô men chống rung thường tỉ lệ với với tốc độ động cơ được phát ra.
- Trong phương pháp thứ hai – Điều khiển chống rung, mô men động cơ điện sinh ra sẽ ngược chiều với chiều quay của động cơ với V = 0 khi vành lái được tự do.
Phương pháp điều khiển dòng điện (Current Control Method): (xem Hình 2.16) Trong phương pháp này, giá trị cần đạt được đối với dòng điện của động cơ điện tương ứng với mô men của động cơ được thiết lập để nó bằng với tín hiệu tốc độ phản hồi của cảm biến tốc độ động cơ.
Hệ thống điều khiển
Hệ thống cảm biến
Cb mô men Cảm biến tốc độ xe Cảm biến tốc
độ đánh lái (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vành lái Thanh xoắn Bánh xe
Hình 2.16. Sơ đồ mô phỏng quá trình điều khiển động cơ điện trợ lực lái theo phương pháp điều khiển dòng điện [4]
Hai phương pháp điều khiển trên dựa trên mối quan hệ các thông số của động cơ điện. Trong mạch tương đương của động cơ điện (xem Hình 2.17), mối liên hệ giữa điện áp cực Vm trở kháng L, điện trở R, sức điện động cố định K, tốc độ quay vòng N, cường độ dòng điện i, thời gian t được thể hiện trong công thức:
Vm=L(di/ dt) + R.i + K.N (2.1) = R.i + k.N (2.2)
Trong đó cường độ dòng điện i tỉ lệ với mô men quay của động cơ điện Tm.
Hình 2.17. Mạch tương đương của động cơ điện
Vành lái Thanh xoắn Tải Mạch phản hồi dòng Mạch chuyển đổi
Từ công thức (2.2), có hai phương pháp điều khiển động cơ điện. Trong phương pháp điều khiển dòng điện (Hình 2.16), dòng điện mục tiêu của động cơ IT (tỉ lệ với mô men quay TM) được xác định tín hiệu đầu ra T của cảm biến mô men, sự điều khiển được thực hiện để không có sự khác biệt giữa giá trị dòng điện mục tiêu IT
và giá trị tìm ra IM thông qua sự phản hồi của cảm biến dòng điện.
Trong phương pháp điều khiển điện áp (Hình 2.19), có hai điện áp thành phần được đưa vào và lấy ra. Điện áp thành phần đưa vào (VM1 = R.i = kT.TM; trong đó kT là hệ số tỉ lệ cố định). Tương ứng với mô men, điện áp thành phần lấy ra VM2 được tính toán dựa trên tín hiệu đầu ra của cảm biến mô men và điện áp thành phần của động cơ điện (VM2 = k.N). Nó tương xứng với tốc độ của động cơ điện khi được tính toán dựa trên tín hiệu đầu ra θ1 từ cảm biến vận tốc góc của bánh lái.
Sơ đồ điều khiển tổng quát của cả hệ thống được mô tả trên Hình 2.18.
Hình 2.18. Sơ đồ điều khiển tổng quát của ECU trợ lực lái điện [4]
Trong đó các tín hiệu từ cảm biến mô men lái, tốc độ ô tô, điện áp ắc quy, góc quay vô lăng được gửi về bộ sử lý trung tâm (ECU). Từ đây, ECU tính toán chế độ điều khiển đã được lập trình sẵn và điều khiển mạch công suất (Drive Unit) và các Transistor hoặc các mạch tổ hợp MOSFET được điều khiển ON/OFF để cấp điện cho động cơ điện trợ lực. Cảm biến vận tốc góc Cảm biến mô men Cảm biến tốc độ xe Điện áp ắc quy Đèn báo P/S Mạch điều khiển Mạch ổn áp Mạch kiểm tra mô men Mạch mã
hóa đầu vào
Mạch ĐK Mạch cầu MOSFET
Phương pháp điều khiển các MOSFET dẫn động động cơ điện (Hình 2.19)
Hình 2.19. Điều khiển chế độ động cơ điện [4]
Các đặc tính của quá trình điều khiển (Hình 2.20)
Trong tương lai, để giảm chi phí bảo dưỡng sửa chữa động cơ điện trợ lực thông thường được thay bằng động cơ bước (không cần cổ góp và chổi than).
Mô hình toán học của hệ thống này có thể được mô phỏng như sau:
Hình 2.21. Mô hình toán học của hệ thống trợ lực trên trục lái của ô tô
1- Vô lăng; 2- Trục lái chính; 3- Cơ cấu lái; 4- Dẫn động lái; 5a, 5b – Bánh xe dẫn hướng; 6- Động cơ điện trợ lực lái
P1 - Lực quay vòng của người lái đặt trên vành tay lái. P2 - Lực trên ngõng lái (hoặc thanh răng).
P3-1 , P3-2 - Lực cản quay vòng các bánh xe. M1 – Mô men do người lái tác động vào trục lái. MTL – Mô men trợ lực lái