CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây. Nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, đi cùng với nó là sự tiện nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và an toàn khi điều khiển. Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an toàn của một chiếc xe.
Chính vì vậy, nhóm chúng em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên các dòng xe du lịch toyota đời mới.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực trên xe toyota đời mới. Chỉ ra được sự tiện lợi và an toàn hơn các hệ thống trợ lực đời cũ. Nghiên cứu đặc tính quay vòng và điều kiện an toàn khi xe đi vào đường vòng. Xây dựng được thuật toán điều khiển trợ lực lái.3 Giới hạn đề tài Hệ thống lái trợ lực trên ôtô toyota đời mới thì đây là một đề tài khó trong việc nghiên cứu.
Vấn đề giải quyết các bài toán chuyển động quay vòng ổn định là quá phức tạp. Với mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra ở trên nên đề tài không đi sâu vào tính toán. Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ nghiên cứu ở phạm vi các hệ thống trợ lực lái điều khiển điện tử trên các dòng xe du lịch Toyota đời mới. Sự điều khiển điện tử hệ thống trợ lực lái chỉ đưa ra tính năng và nguyên lý của một vài hệ thống.s Nguyễn Đỗ Minh Triết 4 Đồ án tốt nghiệp Viện Kỹ Thuật Hutech 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trên cơ sở lý thuyết tính toán về hệ thống lái và các vấn đề động lực học, an toàn chuyển động trên ôtô.
Đã chỉ ra được sự tiện lợi hơn của hệ thống trợ lực điện. Từ đó điều khiển các thông số đầu vào tối ưu cho hệ thống trợ lực lái điện tử. Quá trình hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử được so sánh và đánh giá với hệ thống cơ khí thông thường. Qua đó nhằm chứng minh tính vượt trội của hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử.
Tìm hiểu một vài nguyên lý và cấu tạo của hệ thống trợ lực điều khiển bằng điện tử trên ôtô hiện đại đang được sử dụng.s Nguyễn Đỗ Minh Triết 5 Đồ án tốt nghiệp Viện Kỹ Thuật Hutech CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỢ LỰC ĐIỆN 2.1 Hệ thống lái trợ lực điện 2.1 Khái quát hệ thống lái trợ lực điện a. Khái quát Hệ thống lái trợ lực điện (EPS – Electric Power Steering) là hệ thống hoàn chỉnh, thông minh mới được áp dụng trong thời gian gần đây cho ô tô làm giảm đáng kể sức cản hệ thống lái bằng cách cung cấp dòng điện trực tiếp từ mô tơ điện tới hệ thống lái. Nhiệm vụ của hệ thống này là tạo ra lực bổ trợ tác động lên cơ cấu dẫn động lái, để duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động của xe giúp cho việc điều khiển tay lái sẽ nhẹ nhàng và tính cơ động của xe cao hơn. Kết cấu này cho phép cung cấp nhiều khả năng hỗ trợ người lái tùy theo điều kiện hoạt động cụ thể của phương tiện.
Các kỹ sư có thể thiết lập các thông số như tỷ lệ truyền tay lái dựa vào hoạt động của hệ thống treo và các yếu tố khác để tối ưu hóa khả năng kiểm soát vô lăng cũng như vận hành ổn định cho từng mẫu xe riêng biệt. Hệ thống này đang được các nhà sản xuất sử dụng phổ biến trên tất cả các dòng xe du lịch hiện nay và cũng có một số mẫu xe tải được áp dụng. Thiết bị này gồm có, cảm biến tốc độ xe, một cảm biến lái (mô men, vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU EPS và một mô tơ DC. Tín hiệu đầu ra từ mỗi cảm biến được đưa tới ECU và nó có chức năng tính toán để điều khiển hoạt động của mô tơ trợ lực ở từng chế độ.
Đi kèm là tính năng chống rung lắc chủ động giúp hạn chế tác động mà lốp xe gây ra, giúp tay lái êm ái và dễ điều khiển hơn, đặc biệt là khả năng “bù lệch hướng” liên tục tự điều chỉnh để giữ cho xe ổn định khi mặt đường không bằng phẳng hoặc có gió tạt ngang b. Phân loại: Các hệ thống lái có trợ lực được tổng kết tại bảng 1 và chia thành 2 nhóm chính: + Nhóm trợ lực thủy lực đơn thuần (HPS) GVHD: Th.s Nguyễn Đỗ Minh Triết 6 Đồ án tốt nghiệp Viện Kỹ Thuật Hutech + Nhóm trợ lực có điều khiển điện – điện tử Bảng 1: Phân loại các hệ thống trợ lực lái Các cảm biến Hiệu ứng cơ bản Phương CB CB Cơ cấu Lực lái Kiểu Cấu trúc Đối tượng CB góc pháp điều tốc CB mô dòng chấp biến thiên Định giá trợ lực cơ sở điều khiển quay khiển độ ô men lái điều hành theo tốc trị trợ lực trục lái tô khiển độ Hệ thống trợ lực Tỉ lệ theo thủy lực mức cản Các với van quay bánh hệ trượt dạng xe thống chốt lái trợ lực Hệ thống thủy trợ lực Tỷ lệ theo lực thủy lực mức cản với van quay bánh xoay, van xe cánh Lưu lượng cấp đến Van Lưu lượng 0 0 0 0 xilanh trợ điện từ lực Áp suất Mạch tắt hiệu dụng Van qua xilanh cấp đến 0 0 0 Các điện từ Hệ thống trợ lực xilanh trợ hệ trợ lực lực thống thủy lực Áp suất lái trợ Đặc tính điều khiển dầu tạo ra Van lực van trợ 0 0 0 điện- điện ở van trợ điện từ điều lực tử lực khiển Áp suất điện- tác động điện Điều lên cơ cấu tử khiển lực Van phản hồi 0 0 0 phản hồi điện từ lực thủy thủy lực lực (loại cơ khí) Hệ thống Lưu lượng Lưu lượng 0 0 0 Mô tơ 0 0 mềm dẻo dầu cấp GVHD: Th.s Nguyễn Đỗ Minh Triết 7 Đồ án tốt nghiệp Viện Kỹ Thuật Hutech đến xilanh trợ lực Mômen Hệ thống Dòng điện của mô tơ 0 0 0 Mô tơ 0 0 điện điện trợ lực tử toàn Công suất phần Điện áp mô tơ trợ 0 0 0 0 Mô tơ 0 0 lực Các phương pháp điều khiển nêu trên có thể được mô tả tóm tắt như sau: Phương pháp điều khiển lưu lượng( Flow Control Method): Trong phương pháp này van điện từ Solenoid được đặt tại vị trí cửa ra của bơm để mở 1 đường dầu đi tắt về đường hồi dầu. Bộ điều khiển điện tử sẽ điều chỉnh van điện từ solenoid mở khi ôtô chạy ở tốc độ cao để giảm lưu lượng của bơm cấp đến van trợ lực và xilanh trợ lực. Điều này làm tăng lực lái.
Bằng việc giảm độ cản của mạch giữa bơm và xilanh trợ lực, yêu cầu về trợ lực sẽ giảm. Dòng dầu thủy lực được đưa tới xilanh trợ lực sẽ giảm khi lái ở tốc độ cao và vậy đối với phương pháp này, lượng tỉ lệ phản hồi và lực phản lái sẽ cân bằng tại điểm cân bằng Phương pháp điều khiển mạch tách qua xilanh trợ lực(Cylinder Bypass Control Method): Trong phương pháp này một van điện và một mạch rẽ sẽ được thiết lập hai khoang cửa xilanh trợ lực. Thời gian mở van sẽ được kéo dài bởi bộ điều khiển điện tử cho phù hợp với việc tăng tốc độ ôtô. Như vậy sẽ giảm được áp suất dầu trong xilanh trợ lực và tăng hiệu quả lái.
Giống như phương pháp điều khiển lưu lượng hệ thống này cũng đạt được điểm cân bằng giữa lượng phản hồi lái và lực phản lái. Phương pháp điều khiển đặc tính van(Valve Characteristics Control Method): Trong phương pháp này áp suất điều khiển bị giới hạn bởi cơ cấu van xoay tức là điều khiển lượng và áp suất của dầu cung cấp cho xi lanh trợ lực được chia thành phần thứ hai, phần thứ ba. Còn phần thứ tư được điều khiển bởi tín hiệu Mô tơ điều khiển dòng dầu giữa phần thứ hai và phần thứ ba của van. Hiệu quả lái được điều GVHD: Th.s Nguyễn Đỗ Minh Triết 8 Đồ án tốt nghiệp Viện Kỹ Thuật Hutech khiển bằng cách phát hiện ra những biến đổi điều khiển của phần thứ tư để biến đổi tỉ lệ trợ lực.
Do cấu trúc hệ thống đơn giản và dòng dầu được cung cấp hiệu quả từ bơm đến xilanh trợ lực, hệ thống này thể hiện lượng phản hồi tốt. Khi dòng điện cấp cho van điện từ là 0,3A van sẽ mở hết cỡ và rất phù hợp với chạy xe tốc độ cao. Phương pháp điều khiển phản lực dầu ( Hydraulic Reaction Force Method): Trong phương pháp này hiệu quả lái được điều khiển bởi cơ cấu phản lực dầu, nó được lắp trên van xoay( van trợ lực). Van điều khiển phản lực dầu làm tăng áp suất dầu cấp cho khoang phản lực phù hợp với tốc độ xe.
Phương pháp điều khiển bằng dòng điện và điện áp: Trong phương pháp này dùng mô tơ điện một chiều để tạo mômen trợ lực cho hệ thống lái. Nhờ vào các cảm biến mà quyết định được công suất mô tơ trợ lực. * So sánh trợ lực lái điện với trợ lực lái thủy lực Với hệ thống HPS nguồn cung cấp năng lượng tách biệt hoàn toàn với hệ thống lái, HPS cần một nguồn năng lượng ( bơm thuỷ lực, xi lanh thủy lực, các van, các đường dầu). Để thiết kế HPS là cả một khối lượng công việc đáng kể, một phần ở đó là số lượng đáng kể các thiết bị mà hệ thống yêu cầu, điều đó có nghĩa là HPS không dễ dàng lắp đặt trên xe nhỏ gọn.
Hơn nữa nó tiêu thụ năng lượng ở tất cả các công việc của xe. Với hệ thống điều khiển như thế HPS yêu cầu độ chính xác cao trong chế tạo, khi có sự cố về hệ thống trợ lực thì lực của người lái lớn hơn lực lái khi không thiết kế trợ lực do lực cản của chất lỏng trong hệ thống trợ lực. Việc dùng dầu trợ lực cũng là một nhược điểm của nó. Khi thay thế sữa chữa lượng dầu thải ra ảnh hưởng đến môi trường, đó là một trong những vấn đề được các nhà sản xuất ôtô trên thế giới quan tâm.
Hệ thống trợ lực lái EPS được tạo ra từ môtơ điện một chiều đặt trên hệ thống lái.