Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam và trên thế giới đang ghi nhận những bước chuyển mình mạnh mẽ với sự tham gia của nhiều thương hiệu lớn. Trong quá trình phát triển phương tiện, tiêu chí an toàn luôn được đặt lên hàng đầu. Thực tế giao thông tại Việt Nam cho thấy tai nạn xảy ra phổ biến xuất phát từ nguyên nhân người điều khiển sử dụng chất kích thích hoặc đồ uống có nồng độ cồn cao, dẫn đến việc không làm chủ được tốc độ, mất lái và gây tai nạn. Nhằm giảm thiểu các rủi ro này, các nhà sản xuất xe hơi đã tập trung hoàn thiện hệ thống trợ lực lái điện (Electric Power Steering - EPS). So với hệ thống trợ lực lái thủy lực truyền thống vốn có kết cấu cồng kềnh, tiêu hao nhiều công suất động cơ và tạo cảm giác lái nặng nề, hệ thống EPS mang lại khả năng điều khiển nhẹ nhàng, linh hoạt, hỗ trợ an toàn và giúp tiết kiệm nhiên liệu đáng kể.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và nhu cầu xây dựng tài liệu học tập trực quan phục vụ đào tạo chuyên ngành, đồ án "Nghiên cứu đánh giá các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống trợ lực lái bằng điện" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Thanh Cao Thượng và Thân Nguyễn Anh Tài, dưới sự hướng dẫn của TS. Huỳnh Phước Sơn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm ba nội dung chính:
- Nghiên cứu, đánh giá các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống trợ lực lái bằng điện.
- Mô hình hóa hệ thống trợ lực lái bằng điện.
- Tiến hành mô phỏng hoạt động của hệ thống từ mô hình đã xây dựng, rút ra kết luận và định hướng phát triển.
Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định cụ thể thành ba phần việc:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các hệ thống trợ lực lái trên ô tô.
- Thiết kế mô phỏng hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện thông qua phần mềm Matlab/Simulink.
- Đánh giá các thông số vận hành ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống trợ lực lái điện.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống trợ lực lái điện trên ô tô, trọng tâm đi sâu vào kiểu trợ lực trên trục lái (Column-EPS). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát cấu tạo cơ khí, nguyên lý điều khiển điện - điện tử và mô phỏng thuật toán trợ lực trên phần mềm chuyên dụng. Không gian khảo sát giới hạn ở các dải thông số kỹ thuật giả lập: vận tốc xe từ 0 đến 80 km/h, mô men tác động của người lái trong khoảng từ -8 N.m đến +8 N.m, và ngưỡng tốc độ động cơ kích hoạt hệ thống từ 500 vòng/phút trở lên. Toàn bộ đồ án được thực hiện và hoàn thành vào tháng 12 năm 2022.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nền tảng lý thuyết của đồ án dựa trên cấu trúc vận hành của hệ thống trợ lực lái điện (EPS), còn được gọi là hệ thống lái dẫn động bằng mô tơ (Motor-Driven Power Steering - MDPS). Hệ thống này hoạt động nhờ sự kết hợp giữa hệ cơ khí lái (vô lăng, trục lái, cơ cấu lái biến đổi chuyển động theo nguyên lý hình thang lái Ackerman), cụm cảm biến đo đạc, bộ điều khiển trung tâm (ECU) và mô tơ điện một chiều chấp hành. Về mặt truyền thông dữ liệu, hệ thống sử dụng mạng CAN (Controller Area Network) để truyền nhận các tín hiệu vận tốc xe và tốc độ động cơ đến ECU dưới dạng điện áp số hóa, từ đó ECU tính toán và phát tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM) để điều khiển mô tơ.
Trong phân tích lý thuyết, đề tài tổng hợp và so sánh 4 kiểu bố trí hệ thống lái trợ lực điện phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô:
| Kiểu hệ thống EPS |
Vị trí lắp đặt mô tơ |
Ưu điểm kỹ thuật |
Nhược điểm kỹ thuật |
Phạm vi ứng dụng thực tế |
| Column-EPS |
Cột lái (bên trong bảng điều khiển) |
Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, mô tơ tránh được nước và nhiệt độ môi trường khắc nghiệt |
Cảm giác lái tê liệt do tăng ma sát và quán tính; khớp nối trục lái chịu lực xoắn lớn |
Thường dùng cho các dòng xe cỡ nhỏ, xe giá rẻ (giới thiệu lần đầu trên Suzuki Cervo 1988) |
| Dual Pinion-EPS |
Thanh răng (dẫn động hàng răng thứ hai) |
Mô tơ nằm xa cột lái giúp giảm chấn thương chân người lái khi va chạm; cảm giác lái tốt |
Lực hỗ trợ giới hạn, không đáp ứng được cho các dòng xe có tải trọng lớn |
Phổ biến trên xe phân khúc C (phát triển bởi ZF trên Volkswagen Golf V 2003, Passat) |
| APA - Rack EPS |
Lắp song song với thước lái |
Ma sát cơ học thấp nhờ cơ cấu đai răng và trục vít bi tuần hoàn; kiểm soát bước dịch chuyển chính xác |
Giá thành sản xuất cao, kết cấu phức tạp |
Dành cho xe hạng sang cỡ lớn, xe hiệu suất cao và xe thể thao (ví dụ: Porsche 991) |
| Pinion-EPS |
Trục bánh răng lái sơ cấp |
Lực truyền trực tiếp lên thanh răng, phản hồi mặt đường tốt hơn kiểu Column |
Mô tơ bố trí trước bàn đạp lái, nguy cơ chèn ép chân tài xế khi xảy ra đâm va trực diện |
Đã từng phổ biến nhưng dần được thay thế bằng loại thanh răng kép |
Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm ba phương pháp bổ trợ lẫn nhau:
- Phương pháp tìm kiếm, thu thập và phân tích tài liệu: Khai thác các nguồn tài liệu kỹ thuật, sơ đồ mạch điện, kết cấu cảm biến và cơ chế điều khiển của các hãng sản xuất xe ô tô.
- Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng kỹ thuật: Ứng dụng phần mềm Matlab/Simulink để xây dựng thuật toán, thiết lập các khối phát tín hiệu, khối logic toán học và bảng tra dữ liệu mô phỏng hoạt động điều khiển trợ lực.
- Phương pháp phân tích, đánh giá số liệu: Xử lý tín hiệu đầu ra trên các đồ thị phản hồi theo thời gian nhằm đối chiếu sự phụ thuộc của mô men trợ lực vào tốc độ xe và mô men tác động từ tay lái.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống
Mô hình mô phỏng hệ thống trợ lực lái điện được xây dựng trên nền tảng phần mềm Matlab/Simulink nhằm tái hiện thuật toán phân bổ mô men xoắn hỗ trợ dựa trên ba tín hiệu đầu vào chính: mô men tác dụng từ vành tay lái, tốc độ di chuyển của ô tô và tốc độ vòng tua của động cơ.
Kiến trúc các khối chức năng trong mô hình Simulink được cấu hình cụ thể:
| Tên khối Simulink |
Khối chức năng cơ bản |
Thiết lập thông số kỹ thuật |
Vai trò trong mô hình điều khiển |
| Signal Builder |
Tín hiệu tốc độ xe |
Vận tốc từ 0 đến 80 km/h biểu diễn theo thời gian (s) |
Mô phỏng dữ liệu tốc độ vận hành của xe gửi từ cảm biến qua mạng CAN |
| Ramp |
Tín hiệu tốc độ động cơ |
Giá trị ban đầu (Initial output): 500 vòng/phút; Độ dốc (Slope): 10 vòng/phút/giây |
Tái hiện sự gia tăng vòng tua máy; dùng làm điều kiện kiểm tra trạng thái nổ máy |
| Sin Wave |
Tín hiệu mô men đánh lái |
Dải biên độ: từ -8 N.m đến +8 N.m; Tần số dao động: 1 rad/s |
Giả lập hành vi đánh lái liên tục qua lại của người lái trên vành vô lăng |
| 2-D Lookup Table |
Bảng nội suy mô men trợ lực |
Hàng: Tốc độ xe (km/h); Cột: Mô men đánh lái (N.m); Dữ liệu giao thoa: Mô men mô tơ (N.m) |
Tính toán mô men trợ lực định mức của mô tơ theo quy luật điều khiển được lập trình |
| Switch (1) |
Khối chuyển mạch động cơ |
Ngưỡng điều kiện so sánh: Tốc độ động cơ > 500 vòng/phút |
Kích hoạt hệ thống khi động cơ hoạt động; nếu nhỏ hơn hoặc bằng 500 vòng/phút, mô men mô tơ bằng 0 |
| Switch (2) |
Khối định hướng mô men |
Điều kiện dấu của mô men đánh lái |
Giữ mô men trợ lực cùng dấu (cùng chiều) với lực đánh lái của tài xế |
| Abs |
Khối lấy giá trị tuyệt đối |
Biến đổi mô men người lái sang số dương |
Đưa giá trị độ lớn mô men vào bảng tra nội suy 2 chiều |
| Saturation |
Khối bão hòa tín hiệu |
Cắt giới hạn biên trên và biên dưới |
Đảm bảo tốc độ xe nằm trong phạm vi mô phỏng an toàn |
| Product |
Khối nhân đại số |
Thực hiện phép nhân tín hiệu |
Kết hợp tín hiệu điều khiển biên độ và tín hiệu logic điều hướng |
| Scope |
Khối hiển thị đồ thị |
Đồ thị hai trục (Thời gian - Mô men xoắn) |
Trực quan hóa đường cong mô men đánh lái và mô men trợ lực của mô tơ |
Logic hoạt động của mô hình diễn ra theo trình tự khép kín: Tín hiệu tốc độ xe nhận từ mạng CAN được đưa vào bảng tra nội suy cùng với độ lớn mô men đánh lái đo được từ cảm biến (sau khi đã xử lý qua khối Abs). Khối 2-D Lookup Table thực hiện thuật toán nội suy để tính toán độ lớn mô men hỗ trợ yêu cầu. Tín hiệu này sau đó được khối Switch thứ nhất kiểm tra chiều đánh lái để xuất ra mô men cùng hướng. Đồng thời, khối Switch thứ hai kiểm tra tín hiệu vòng tua động cơ từ khối Ramp: nếu vòng tua đạt trên 500 vòng/phút, tín hiệu mô men trợ lực hoàn chỉnh sẽ được cấp cho mô tơ; nếu động cơ chưa khởi động hoặc vòng tua dưới 500 vòng/phút, giá trị trợ lực được đưa về 0 N.m nhằm tránh hiện tượng tiêu hao năng lượng bình ắc quy khi xe dừng đỗ tắt máy.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Nguyên lý làm việc và cấu tạo của hệ thống lái trợ lực điện
Chương 1 cung cấp cơ sở kỹ thuật chi tiết về hệ thống lái trợ lực điện, bắt đầu từ phân tích vai trò vận hành, sơ đồ tổng quát cho đến việc khảo sát sâu từng cụm chi tiết trên hệ thống trợ lực kiểu trục lái (Column-EPS).
Quy trình vận hành nguyên lý của hệ thống EPS được chuẩn hóa qua 4 bước:
- Bước 1: Người lái tác dụng lực làm quay vô lăng, cảm biến đo mô men biến dạng của thanh xoắn và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp gửi về bộ điều khiển trung tâm ECU.
- Bước 2: Mạng giao tiếp CAN đồng thời truyền tải tín hiệu tốc độ xe và tốc độ vòng tua động cơ dưới dạng tín hiệu điện áp về ECU.
- Bước 3: ECU tiếp nhận toàn bộ tín hiệu đầu vào, tiến hành đối chiếu với các thuật toán điều khiển đã được cài đặt sẵn để tính toán lượng mô men hỗ trợ tối ưu, sau đó phát ra tín hiệu điện áp dạng xung PWM tới mạch công suất điều khiển mô tơ điện.
- Bước 4: Mô tơ điện sinh công, truyền mô men trợ lực cùng chiều với chuyển động quay của người lái thông qua cơ cấu giảm tốc trục vít - bánh vít. Tổng mô men từ tay lái và mô men trợ lực tác động lên cơ cấu bánh răng - thanh răng để dẫn động các đòn quay của hình thang lái, thực hiện chuyển hướng bánh xe theo nguyên tắc Ackerman.
Về mặt cấu tạo, tác giả phân tích sâu 3 nhóm công nghệ cảm biến mô men đánh lái:
- Cảm biến mô men loại từ tính: Bao gồm thanh xoắn, nam châm vĩnh cửu, vòng định vị và các phần tử nhận biết từ tính như cảm biến Hall hoặc cảm biến điện trở từ MR. Cảm biến hoạt động dựa trên từ trường tĩnh. Khi thanh xoắn bị vặn (độ cứng xoắn đặc trưng là 2 N.m/độ, dải đo định mức ±10 N.m tương ứng góc xoắn ±5°), sự thay đổi vị trí tương đối giữa nam châm và cảm biến Hall sinh ra tín hiệu điện áp tỷ lệ.
- Cảm biến mô men loại cảm ứng điện từ: Bao gồm trục sơ cấp (nối vô lăng mang vòng phát hiện 1 và 2), trục thứ cấp (nối cơ cấu lái mang vòng phát hiện 3, cuộn dây bù) và thanh xoắn liên kết ở giữa. Vòng ngoài trang bị các cuộn dây không tiếp xúc. Khi có mô men tác động làm vặn thanh xoắn, độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 xuất hiện, tạo ra tín hiệu điện áp tỷ lệ thuận với mô men xoắn đưa về ECU.
- Cảm biến mô men sóng âm bề mặt (SAW - không dùng thanh xoắn): Sử dụng các điện cực kim loại mỏng phủ thạch anh gắn trực tiếp lên bề mặt trục lái cùng bộ thu phát sóng vô tuyến RF và vi mạch xử lý tín hiệu tần số. Dưới tác dụng của tải trọng xoắn, bề mặt trục và đế thạch anh bị biến dạng làm thay đổi tần số cộng hưởng của bộ cộng hưởng SAW. IC chuyên dụng phân tích sai lệch giữa tần số phát và tần số thu để xác định chính xác mô men xoắn, áp dụng hiệu quả cho các kết cấu yêu cầu đo góc xoắn cực nhỏ với độ chính xác cao.
Bên cạnh cảm biến mô men, chương 1 mô tả cấu tạo của các thành phần phụ trợ:
- Bộ điều khiển trung tâm ECU: Gồm bộ vi xử lý (Microprocessor), mạch dao động (Clock cấp xung nhịp hoạt động) và bộ nhớ trong tích hợp 4 phân vùng (RAM, ROM, PROM, KAM). ECU đảm nhận ba chức năng: điều khiển mô tơ và thuật toán lái, chẩn đoán lỗi giám sát an toàn, và giao tiếp lưu trữ dữ liệu vận hành.
- Mô tơ trợ lực lái: Cấu tạo gồm Stator (lõi thép hình trụ rỗng, rãnh chứa dây quấn đồng hoặc nhôm) và Rotor (lõi thép kỹ thuật điện hình trụ đặc, chia thành loại rotor dây quấn hoặc rotor lồng sóc đúc nhôm). Mô tơ phải đáp ứng 6 yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt: tạo mô men xoắn không tự quay vô lăng, có cơ cấu đảo chiều quay khi gặp sự cố, kích thước nhỏ gọn nhẹ, độ biến thiên mô men mượt mà, độ ồn và rung động thấp, lực quán tính và ma sát nhỏ.
- Cơ cấu giảm tốc trục vít - bánh vít: Bao gồm một bánh vít gia công bằng đồng thau (brass), một trục vít bằng thép đặc và 4 cụm vòng bi bạc đạn đỡ trục (2 vòng bi ở trục ra kích thước lớn và 2 vòng bi ở trục vào kích thước nhỏ), có nhiệm vụ giảm vận tốc quay và khuếch đại mô men xoắn từ mô tơ.
- Cảm biến tốc độ xe và tốc độ động cơ: Cảm biến tốc độ xe sử dụng rôto có răng kết hợp nam châm vĩnh cửu tạo ra các xung điện áp PWM có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ lăn bánh. Cảm biến tốc độ động cơ gồm nam châm vĩnh cửu và cuộn dây cảm ứng, vừa phát hiện tốc độ quay trục khuỷu vừa xác định vị trí điểm chết trên (ĐCT) của piston xi lanh số 1.
Chương 2: Mô phỏng model hệ thống trợ lực lái điện bằng phần mềm Matlab/Simulink
Chương 2 trình bày toàn bộ quy trình triển khai mô hình hóa hệ thống EPS trong môi trường Matlab/Simulink. Tác giả xây dựng thuật toán điều khiển trợ lực thông qua bảng nội suy hai chiều (2-D Lookup Table), trong đó dữ liệu mô men hỗ trợ được phân bổ theo quy luật tỷ lệ nghịch với vận tốc di chuyển của xe.
Quy luật phân bổ tỷ lệ mô men trợ lực được nhóm nghiên cứu thiết lập cụ thể:
- Khi vận tốc xe đạt 0 km/h: Mô men trợ lực = Mô men đánh lái * 80%.
- Khi vận tốc xe đạt 20 km/h: Mô men trợ lực = Mô men đánh lái * 60%.
- Khi vận tốc xe đạt 40 km/h: Mô men trợ lực = Mô men đánh lái * 40%.
- Khi vận tốc xe đạt 60 km/h: Mô men trợ lực = Mô men đánh lái * 20%.
- Khi vận tốc xe đạt 80 km/h: Mô men trợ lực = Mô men đánh lái * 10%.
Hệ thống tiến hành chạy mô phỏng kiểm tra đáp ứng của mô hình dưới các điều kiện biên: mô men người lái tác dụng dao động hình sin từ -8 N.m đến +8 N.m với tần số 1 rad/s, tốc độ động cơ được duy trì trên 500 vòng/phút.
Tại vận tốc 0 km/h (tương ứng điều kiện xe dừng tại chỗ, nổ máy và thực hiện quay vô lăng), kết quả hiển thị trên Scope ghi nhận: với mô men đánh lái dao động trong dải từ -8 N.m đến +8 N.m, mô men trợ lực đầu ra của mô tơ điện dao động đồng pha trong biên độ từ -6,4 N.m đến +6,4 N.m. Tỷ lệ trợ lực đạt mức cực đại đúng 80% giá trị mô men tác dụng của người lái. Kết quả này phản ánh sát điều kiện vận hành thực tế: khi xe đứng yên hoặc di chuyển chậm ra vào bãi đỗ, lực cản ma sát giữa lốp xe và mặt đường là lớn nhất, đòi hỏi lực trợ lực của mô tơ phải đạt giá trị cao nhất để giảm thiểu sức lao động cho người điều khiển.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể và đóng góp vào phương pháp nghiên cứu hệ thống lái điện:
-
Kết quả số liệu mô phỏng:
- Chứng minh bằng đồ thị và số liệu việc thực thi chính xác tỷ lệ hỗ trợ lái. Tại vận tốc 0 km/h, mô men đánh lái cực đại 8 N.m nhận được mô men hỗ trợ cực đại 6,4 N.m từ mô tơ (đạt tỷ lệ 80%).
- Xây dựng thành công ma trận nội suy mô men trợ lực theo 5 cấp vận tốc (0, 20, 40, 60, 80 km/h) tương ứng với 5 tỷ lệ hỗ trợ giảm dần (80%, 60%, 40%, 20%, 10%), đảm bảo nguyên lý: trợ lực lớn ở tốc độ thấp để lái nhẹ nhàng và giảm dần trợ lực ở tốc độ cao để tăng cảm giác mặt đường, bảo đảm tính ổn định và an toàn chuyển động.
- Kiểm chứng thành công logic khóa an toàn thông qua khối Switch: mô tơ tự động ngắt toàn bộ lực trợ lực (mô men bằng 0 N.m) khi tốc độ động cơ chưa vượt ngưỡng 500 vòng/phút.
-
Đóng góp chuyên môn:
- Hệ thống hóa chi tiết lý thuyết cấu tạo của các hệ thống EPS, đặc biệt là các phân tích kỹ thuật về 3 thế hệ cảm biến mô men xoắn (từ tính, cảm ứng điện từ và cảm biến sóng âm bề mặt SAW không dùng thanh xoắn).
- Thiết lập một mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên Matlab/Simulink sử dụng các khối chức năng cơ bản, tạo ra công cụ học tập và nghiên cứu trực quan cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô trong việc tìm hiểu nguyên lý điều khiển của hệ thống lái điện tử.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên nội dung thuyết minh và phạm vi nghiên cứu, đồ án tồn tại một số hạn chế:
- Toàn bộ kết quả mới dừng lại ở việc mô phỏng thuật toán trên phần mềm Matlab/Simulink, chưa được kết nối kiểm chứng thực nghiệm trên mô hình phần cứng thực tế (Hardware-in-the-loop - HIL) hoặc thử nghiệm trên xe thật.
- Các thông số trong bảng nội suy 2-D Lookup Table được nhóm nghiên cứu tự thiết lập theo thuật toán giả định, chưa được trích xuất trực tiếp từ bản đồ điều khiển (map dữ liệu) tiêu chuẩn của một dòng xe thương mại cụ thể đang lưu hành trên thị trường.
- Nội dung văn bản đồ án chỉ mới trình bày chi tiết đồ thị và số liệu kết quả mô phỏng cho trường hợp vận tốc xe ở 0 km/h, các dải vận tốc còn lại (20, 40, 60, 80 km/h) chưa được cung cấp số liệu đồ thị kiểm chứng chi tiết trong phần văn bản.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài:
- Mở rộng mô hình mô phỏng kết hợp với mô hình động lực học quay vòng của ô tô (xét đến góc quay vô lăng, gia tốc ngang, hệ số bám của mặt đường).
- Kết nối mô hình điều khiển Simulink với bộ điều khiển vi xử lý thực tế và cơ cấu chấp hành trên sa bàn thử nghiệm để đánh giá độ trễ đáp ứng thời gian thực của hệ thống trợ lực lái.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích dành cho:
- Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Đặc biệt là sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp, môn học Lý thuyết ô tô, Hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô hoặc Thiết kế hệ thống cơ điện tử ô tô.
- Học viên và kỹ sư nghiên cứu mô phỏng: Cung cấp phương pháp thiết lập mô hình toán học và cấu hình các khối chuyên dụng trong Matlab/Simulink (như khối Signal Builder, Ramp, 2-D Lookup Table, Switch logic) để mô phỏng hệ thống điều khiển trên xe hơi.
- Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Tài liệu phân tích rất rõ nguyên lý và cấu tạo của các dòng cảm biến mô men xoắn (nhất là loại cảm biến SAW không dùng thanh xoắn) tại Chương 1, cùng phương pháp lập ma trận nội suy điều khiển trợ lực theo vận tốc tại Chương 2.
Câu hỏi thường gặp
1. Quy trình điều khiển trợ lực lái điện trong đồ án gồm những bước nào?
Hệ thống vận hành theo 4 bước liên hoàn: Bước 1, cảm biến đo độ biến dạng thanh xoắn khi người lái quay vô lăng và gửi tín hiệu điện áp về ECU; Bước 2, mạng CAN truyền tín hiệu tốc độ xe và tốc độ động cơ về ECU; Bước 3, ECU xử lý dữ liệu đầu vào dựa trên thuật toán lập trình, tính toán mô men hỗ trợ và xuất tín hiệu điều chế xung PWM; Bước 4, mô tơ điện tác dụng mô men cùng chiều với vành lái qua cơ cấu trục vít - bánh vít để điều khiển bánh xe chuyển hướng.
2. Ưu và nhược điểm của hệ thống trợ lực lái điện kiểu Column (Column-EPS) là gì?
Kiểu Column có ưu điểm là kết cấu cơ khí đơn giản, chi phí sản xuất thấp, mô tơ đặt bên trong bảng điều khiển nên tránh được tác động của nước và nhiệt độ khắc nghiệt từ khoang động cơ. Tuy nhiên, nhược điểm là cảm giác lái kém chân thật (cảm giác tê liệt) do tăng ma sát và lực quán tính từ việc nối trực tiếp mô tơ vào cột lái; đồng thời khớp nối trục lái chịu tải trọng xoắn lớn, do đó thường chỉ trang bị cho các dòng xe nhỏ giá rẻ.
3. Điều kiện để ECU kích hoạt mô tơ trợ lực lái trong mô hình mô phỏng là gì?
Trong mô hình Simulink, hệ thống được cấu hình qua khối Switch để giám sát tốc độ động cơ: mô tơ trợ lực chỉ được cấp tín hiệu điều khiển khi tốc độ động cơ đạt trên 500 vòng/phút (trạng thái xe đã khởi động động cơ). Nếu tốc độ động cơ nhỏ hơn hoặc bằng 500 vòng/phút, giá trị mô men mô tơ bằng 0 N.m nhằm bảo vệ nguồn ắc quy.
4. Tỷ lệ mô men trợ lực được cài đặt thay đổi thế nào theo vận tốc di chuyển của xe?
Thuật toán nội suy trong khối 2-D Lookup Table phân bổ tỷ lệ mô men trợ lực nghịch biến với tốc độ xe: tại 0 km/h trợ lực bằng 80% mô men lái; tại 20 km/h bằng 60%; tại 40 km/h bằng 40%; tại 60 km/h bằng 20%; và tại 80 km/h mức trợ lực giảm xuống còn 10% để giữ độ đầm chắc tay lái khi chạy tốc độ cao.
5. Cảm biến mô men sóng âm bề mặt (SAW) có đặc điểm gì khác biệt so với cảm biến từ tính và cảm biến cảm ứng?
Cảm biến SAW không sử dụng thanh xoắn cơ học truyền thống. Nó hoạt động dựa trên các điện cực kim loại mỏng phủ thạch anh gắn trên bề mặt trục lái kết hợp bộ thu phát sóng vô tuyến RF. Khi trục bị xoắn, biến dạng bề mặt làm thay đổi tần số cộng hưởng của thiết bị thạch anh; vi mạch IC sẽ tính toán độ chênh lệch tần số phát và thu để xác định mô men xoắn, cho phép đo chính xác các góc biến dạng xoắn rất nhỏ.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phạm Thanh Cao Thượng và Thân Nguyễn Anh Tài đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết, phân loại và cấu tạo chi tiết các cụm thành phần trong hệ thống trợ lực lái điện ô tô. Bằng việc ứng dụng phần mềm Matlab/Simulink, nhóm nghiên cứu đã thiết kế thành công mô hình mô phỏng thuật toán điều khiển phân bổ mô men trợ lực theo vận tốc xe và tốc độ động cơ, phản ánh trung thực quy luật vận hành thực tế tại điểm kiểm tra vận tốc 0 km/h với tỷ lệ hỗ trợ đạt 80%. Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo kỹ thuật có giá trị học thuật cao, cung cấp phương pháp mô hình hóa hữu ích cho công tác đào tạo và nghiên cứu chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.
