Để thu n tiện trong việc giao ti p đề tài này ng d ng chuẩn giao ti p gi a card giao ti p v i máy tính để truyền và nh n d liệu thông qua c ng USB c a máy tính b i một cáp truyền d liệu USB (hình 4.16).
Hình 4.16: S đ giao ti p gi a máy tính v i card giao ti p
Hình 4.17: K t c u Card giao ti p
C ng USB
Card Giao Ti p
Các ngõ vào
Ch ng 5
THI T K , THI CÔNG MÔ HÌNH H TH NG LÁI
TR L C ĐI N
5.1. Gi i thi u mô hình
Hinh 5.1: S đ kh i mô hình h th ng lái tr l c đi n giao ti p v i máy tính
Mô hình hệ thống đư c thi t k b i các bộ ph n chính như:
- Trục lái trợ lực điện và cơ cấu dẫn động: Các bộ ph n c a hệ thống đư c l p đặt trên khung thép hình l p phư ng, thể hiện rõ k t cấu c b n bên ngo i c a các c m chi ti t và nguyên lý v n hành các bộ ph n.
- Bộ phận điều khiển hệ thống: Bao g m các m ch điện điều khiển, ECU ậ EPS,
ECU động c , ECU ậ ABS, các cực c a ECU và công t c điều khiển. Bộ ph n này
đư c thi t k d ng b ng để thu n tiện cho việc kiểm tra, chẩn đoán hệ thống. Ngoài ra bộ ph n này còn có các công t c t o pan và nh ng công t c nƠy đư c thi t k kín bên trong hộp c a mô hình.
- Máy tính (PC) - Phần mềm LabVIEW CB tốc độ xe Card I/O -Thu th p d liệu từ các c m bi n.
-Truyền tín hiệu điệu khiển
- G i tín hiệu hiện th về máy tính C m bi n mô men Vô lăng tr lMotor ực Mô men c n Thư c lái C m bi n Ne
ECU - ABS ECU động c
- Bộ tạo mô men cản c a mặt đường: T o ra mô men c n c a mặt đư ng tác d ng lên các bánh xe dẫn hư ng để chống l i kh năng quay vòng c a ô tô.
- Bộ phận hiển thị: Là một máy tính đư c giao ti p v i mô hình thông qua phần mềm LabVIEW để hiển th các thông tin nhằm lƠm rõ h n về nguyên lý ho t động,
tăng tín trực quang c a mô hình.
Hình 5.2: K t c u mô hình
5.2. Thi t k các b ph n chính trên mô hình 5.2.1. B ph n t o mô men c n c a mặt đ ng:
Thi t k t o ra mô men c n c a mặt đư ng tác d ng lên các bánh xe dẫn động là bộ
ph n rất quan tr ng đối v i mô hình. Vì v y mô hình này ta s d ng 03 ly h p từ
lo i thư ng đóng liên k t l i v i nhau trên cùng một tr c đểtăng mô men c n.
Hình 5.4: S đ kh i b t o mô men c n
Hình 5.5: K t c u b t o mô men c n
Đặc điểm cơ bản của một ly hợp từ:
Ly h p từ NB-01 c a Shinco electric co.ltd, Nh t b n có đặc điểm luôn đ t đư c ti p xúc tốt nh một tấm thép lò xo không g, do đó n u độ song song c a hai bề
mặt ly h p không tốt thì lực từkhông thay đ i nhiều.
Hình 5.6: K t c u kh p ly h p t Ly h p điện từ 1 Ly h p điện từ 2 Ly h p điện từ 3 Lực truyền từ
Các thông số chính c a một kh p ly h p g m có:
Điện áp: 12 DC
Công suất: 3W
Hãng s n xuất: Shinco electric co.ltd, Nh t b n
Mô men ma sát cực đ i: 10 Nm
5.2.2. Tr c lái tr l c đi n vƠ c c u d n đ ng:
Mô hình s d ng các bộ ph n c a hệ thống lái trên xe TOYOTA Prius Hybrid, s n xuất từnăm 2004 ậ 2007.
Hình 5.7: Tr c lái tr l c đi n vƠ c c u d n đ ng trên mô hình
1- Trục lái và motor trợ lực; 2- Thước lái và cơ cấu dẫn động
- Tr c lái tr lực điện: Bao g m vô lăng lái, tr c lái chính, motor DC tr lực, c m bi n mô men và bộ t o ra mô men c n.
- C cấu dẫn động bao g m bộthư c lái, các cam quay vƠ các đòn dẫn động.
2
5.2.3. B ph n đi u khi n:
Bộ ph n điều khiển g m có 2 phần chính:
- Bảng điều khiển và các ECU điều khiển trên mô hình:
Trên b ng điều khiển thi t k các công t c điều khiển thay đ i mô men c n quay vòng, công t c ngu n IG, Đèn báo P/S vƠ các gi c chẩn đoán. Hình η.8
Hình 5.8: B ng đi u khi n c a mô hình
Mô hình s d ng 03 hộp ECU để truyền nh n thông tin thông qua m ng CAN
(Controller Area Network). ECU động c truyền tín hiệu tốc độ động c đ n ECU ậ EPS, ECU ậ ABS nh n tín hiệu từ c m bi n tốc độ bánh xe và truyền tín hiệu tốc độ xe cho ECU ậ EPS.
Hình 5.9: B trí các h p ECU trong mô hình và các công t c pan
1. ECU-EPS; 2. ECU động cơ; 3. ECU-ABS; 4. Bảng công tắc Pan
4 1
2
Hình 5.10: S đ kh i m ng CAN
- Máy tính và phần mềm LabVIEW:
Máy tính là thi t b hộ tr cho việc hiển th các thông số và các tr ng thái làm việc c a mô hình.
Phần mềm LabVIEW đư c ng d ng làm công c giao ti p truyền d liệu qua l i gi a máy tính v i mô hình vƠ điều khiển mô hình.
5.3. Thi t k các b ph n ch c năng trên mô hình h th ng lái EPS 5.3.1. B ph n phát tín hi u t c đ đ ng c :
Tín hiệu tốc độ động c đư c t o ra từ c m bi n Ne c a động c . Tín hiệu nƠy đư c ECU c a động c nh n và phát lên theo d ng truyền thông tin qua CAN đ n các bộ
ph n khác và hệ thống EPS.
Hình 5.11: S đ truy n d li u c m bi n N qua m ng CAN trên ô tô
CANL CANH ECU tr l c lái C m bi n Ne ECU đ ng c Ne+ Ne- ECM
Thực t trên mô hình để đ n gi n ta thi t k một m ch điện t thay th cho c m bi n Ne c a động c . Điều nƠy cũng đã đ t một số l i ích như: K t cấu đ n gi n, không n, ti t kiệm vƠ độ bền cũng khá cao…
Hình 5.12: S đ truy n d li u c m bi n Ne qua m ng CAN trên mô hình 5.3.2. B ph n phát tín hi u t c đ xe:
Đơy lƠ tín hiệu rất quan tr ng đối v i ô tô có trang b hệ thống lái tr lực điện. B i vì nó giúp kh năng tr lực n đ nh và an toàn khi ho t động tốc độ cao.
Hình 5.13: S đ truy n d li u c m bi n t c đ xe qua m ng CAN trên ô tô
Đối v i các dòng xe có trang b hệ thống phanh ABS thì tín hiệu c a các c m bi n tốc độ bánh xe truyền về ECU điều khiển trư t, ECU này x lý và chuyển các tín hiệu xung thành tín hiệu số và truyền đ n các bộ ph n khác và ECU ậ EPS thông qua CAN.
Đối v i các dòng xe không trang b hệ thống phanh ABS thì tốc độ xe đư c nh n bi t thông qua c m bi n tốc độxe đư c bố trí tr c th cấp hộp số. C m bi n này
thư ng là lo i c m bi n điện từ. (Xem chư ng 2)
CANL
CANH ECU tr lực lái Các c m bi n tốc độ bánh xe ECU điều khiển trư t FL - FL+ FR- FR+ RR- RR+ RL- RL+ CANL CANH ECU tr l c lái M ch phát xung ECM Ne+ Ne-
5.3.2.1. C u t o c m bi n t c đ bánh xe:
C m bi n tốc độ bánh xe dùng để đo v n tốc góc c a bánh xe và g i vềECU dư i d ng các tín hiệu điện.
Hình 5.14: C m bi n t c đ bánh xe
C m bi n tốc độ đư c g n cốđnh trên các b tr c c a các bánh xe, vƠnh răng c m bi n đư c g n trên đầu ngoài c a bán tr c, hay trên c m moay bánh xe, đối diện và cách c m bi n tốc độ một khe h nhỏ, g i là khe h từ.
C m bi n tốc độ bánh xe có hai lo i: c m bi n điện từ và c m bi n Hall. C m bi n
Hall có đặc điểm là số bộ ph n ít, không có cuộn dây, không có lõi từ, ch c ch n
h n vƠ tr ng lư ng nhẹ. Trong đó lo i c m bi n điện từđư c s d ng ph bi n h n.
Cấu t o c a c m bi n điện từ bao g m một nam chơm vĩnh c u, một cuộn dây quấn quanh lõi từ, hai đầu cuộn dơy đư c nối v i ECU.
5.3.2.2. Ho t đ ng c a c m bi n t c đ bánh xe lo i đi n t :
Khi bánh xe quay, vƠnh răng quay theo, khe h gi a đầu lõi từ vƠ vƠnh răng thay
đ i theo biên các răng, từ thông bi n thiên làm xuất hiện trong cuộn dây một s c
điện động xoay chiều d ng hình sin có biên độ và tần số thay đ i t lệ theo tốc độ
góc c a bánh xe. Tín hiệu này liên t c đư c g i về ECU. Tùy theo cấu t o c a c m bi n, vành răng vƠ khe h gi a chúng, các xung điện áp t o ra có thể nhỏdư i 100 mV tốc độ rất thấp c a xe, hoặc cao h n 100 mV tốc độ cao.
Hình 5.15: Tín hi u đi n áp c a c m bi n t c đ bánh xe
Hình 5.16: C u t o c m bi n t c đ bánh xe lo i nam châm quay
1 - Vành nam châm; 2 - Bộ phận cảm biến; 3 - Đế cảm biến
Khe h không khí gi a lõi từvƠ đ nh răng c a vƠnh răng c m bi n ch kho ng 1mm
vƠ độ sai lệch ph i nằm trong gi i h n cho phép. C m bi n s không làm việc tốt n u khe h nằm ngoài giá tr tiêu chuẩn.
Ngoài lo i c m bi n tốc độ có nam chơm đ ng yên như trên, có một lo i khác là c m bi n lo i nam chơm quay, vƠnh răng đư c thay th bằng một vòng nam châm có nhiều cực đư c s p x p xen k nhau, nguyên lý làm việc cũng dựa trên hiện
5.3.2.3. C m bi n t c đ bánh xe vƠ s đ truy n tín hi u trên mô hình
Trên mô hình không bố trí l p các c m bi n tốc độ bánh xe mƠ thay vƠo đó lƠ một m ch điện t phát xung, xung phát ra đúng theo d ng xung c a c m bi n tốc độ
bánh xe lo i điện từ.
Hình 5.17: S đ truy n tín hi u t c đ bánh xe và CAN t c đ xe 5.3.3. Nguyên lỦ đi u khi n trên mô hình EPS:
Hình 5.18: S đ m ch đi n đi u khi n trên mô hình
CANL
CANH ECU tr lực lái IC phát xung ECU điều khiển trư t FL - FL+ FR- FR+ RR- RR+ RL- RL+ Batt ECU - EPS M ch phát xung ECM Ne+ Ne- CanL CanH M ch phát xung ECU đi u khi n tr t FL- FL+ FR- FR+ RR- RR+ RL- RL+ Núm đi u ch nh Relay EPS PIG IG M1 M C m bi n mô men SW IG M2
Trên mô hình ECU ậ EPS nh n tín hiệu c m bi n tốc độđộng c (Ne) vƠ c m bi n tốc độ xe từECM vƠ ECU điều khiển trư t thông qua m ng CAN, tín hiệu từ c m bi n mô men đư c truyền trực ti p đ n ECU ậ EPS.
Hình 5. 19: Các ECU s d ng truy n d li u CAN trên mô hình
1. ECU điều khiển trượt; 2. ECM; 3. ECU trợ lực lái
ECU ậ EPS x lý và thực hiện điều khiển motor tr lực quay sang trái hoặc ph i để
thực hiện tr lực hỗ tr cho ngư i lái.
Khi tăng tốc độ xe từ núm điều ch nh (hình 5.18), tr ng thái nƠy máy tính đư c k t nối s điều khiển bộ t o mô men c n thực hiện gi m mô men c n quay vòng. Mô men c n gi m dẫn đ n tín hiệu c a c m bi n mô men thay đ i và g i về ECU ậ
EPS, ECU s điều ch nh gi m kh năng tr lực c a motor tr lực vƠ ngư c l i đối v i tốc độ xe gi m.
5.4. H ng d n s d ng mô hình
5.4.1. Đi n áp s d ng cho mô hình:
Mô hình s d ng 2 ngu n điện cung cấp riêng biệt là m ng điện AC ậ 220 V và m ng điện DC ậ 12 V từ c quy.
Trong đó:
- Ngu n cung cấp cho phần c ng mô hình: DC - 12V
- Ngu n cung cấp cho máy tính giao ti p v i mô hình: AC ậ 220V
5.4.2. V n hành mô hình:
5.4.2.1. Chuẩn b thi t b và ki m tra:
Trư c khi v n hành mô hình ta thực hiện các bư c chuẩn b thi t b và kiểm tra như
sau: - Chuẩn b thi t b : + c quy 12 Volt + c m điện AC ậ 220 Volt + Máy tính k t nối v i mô hình + Cốđnh mô hình v trí thích h p + Các thi t b kiểm tra
- Kiểm tra trư c khi v n hành:
+ Điện áp c quy: l n h n 11 Volt
+ Điện áp AC ậ 220 Volt ph i n đ nh + Mô hình ph i đư c cốđnh v ng ch c
5.4.2.2. V n hành mô hình khi không k t n i v i tính:
Để v n hƠnh mô hình đúng theo yêu cầu kỹ thu t vƠ an toƠn cho mô hình vƠ ngư i s d ng ta thực hiện theo các bư c sau:
- Cấp ngu n cho mô hình: Ngu n điện DC - 12 V từ c quy
- B t công t c máy sang v trí ON: Ch hộp EPS ậ ECU test kho ng 7s.
Khi đó mô hình đã sẵn sàng làm việc, ta thực hiện các thao tác kiểm tra vƠ đặt các ch độ làm việc trên mô hình như:
- Đánh lái sang trái, ph i để kiểm tra mô men c n quay vòng cực đ i c a bộ t o mô men c n. B i vì, ch độ ho t động nƠy xe đ ng yên t i chỗ, chưa kh i động động
- B t công t c máy sang v trí kh i động ST để kh i động động c : ch độ ho t
động này ta có thể kiểm tra mô men tr lực cực đ i c a motor tr lực bằng cách
đánh vô lăng sang trái hoặc ph i. Ch độ nƠy xe đ ng yên t i chỗnhưng động c đã
ho t động.
- Điều ch nh các công t c điều chnh thay đ i mô men c n quay vòng và công t c
điều chnh thay đ i tốc độ xe để nh n thấy kh năng tr lực c a motor tr lực nhiều trư ng h p khác nhau tùy theo ý muốn c a ngư i v n hành.
- T o pan cho hệ thống: Bên trong mô hình có bố trí 8 công t c ( ON ậ OFF ) t o pan theo th tự từ 1 đ n 8. Khi muốn t o pan nào ta ch cần b t công t c t o pan sang v trí OFF
B ng 5.1: Th t các Pan c a mô hình TT công t c
pan Pan đ c t o
1 H m ch chơn IG c a ECU ậ EPS 2 H m ch chơn PIG c a ECU ậ EPS
3 H m ch chơn TRQV c a c m bi n mô men
4 H m ch chơn TRQ1 c a c m bi n mô men
5 H m ch chơn TRQ2 c ac m bi n mô men
6 H m ch chơn TRQG c a c m bi n mô men
7 Mất tín hiệu CAN từ ECU - ABS 8 Mất tín hiệu CAN từ ECU động c
5.4.2.3. V n hành mô hình khi k t n i v i tính:
Để v n hƠnh mô hình đúng theo yêu cầu kỹ thu t vƠ an toƠn cho mô hình vƠ ngư i s d ng ta thực hiện theo các bư c sau:
- K t nối máy tính v i mô hình
- Cấp ngu n cho mô hình: Ngu n điện DC - 12 V từ c qui