CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Tính cần thiết của đề tài Trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ kỹ thuật tiên tiến là không ngừng. Mục tiêu của những nỗ lực này là đáp ứng nhu cầu của người lái bằng các hệ thống đảm bảo an toàn, ổn định và tiện nghi. Trong số những hệ thống quan trọng trên ô tô, hệ thống lái trợ lực đóng vai trò quan trọng.
Trong thời đại hiện tại, hệ thống lái trợ lực điện (EPS – Electric Power Steering) đã trở thành lựa chọn phổ biến trên các dòng xe ô tô hiện đại. Hệ thống này đã thay thế dần công nghệ lái trợ lực thủy lực (HPS – Hydraulic Power Steering) bằng cách sử dụng động cơ điện nhỏ gọn để cung cấp lực lái, loại bỏ các thành phần phức tạp và nặng nề như bơm thủy lực, ống dẫn và chất lỏng (dầu trợ lực). Điều này đã mở ra cơ hội phát triển và ứng dụng hệ thống lái trợ lực điện. Với sự ứng dụng của động cơ điện để điều khiển lực lái, hệ thống EPS không chỉ đảm bảo tính ổn định và an toàn cho người lái mà còn cho phép phát triển các tính năng công nghệ hiện đại.
Một số tính năng này đã được phát triển dựa trên EPS như hỗ trợ đỗ xe tự động, cảnh báo lệch làn đường, giữ làn đường và đặc biệt là công nghệ xe tự hành đang ngày càng được nâng cao và hoàn thiện. Các tính năng công nghệ phát triển trên cơ sở hệ thống lái trợ lực điện mang trong mình tiềm năng phát triển không giới hạn. Chúng em đã chọn đề tài "Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô" dưới sự hướng dẫn của GVC. Huỳnh Phước Sơn (GVHD) để tiếp cận và khám phá những tiềm năng này trong đồ án tốt nghiệp.
Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống lái trợ lực điện. - Một số kiểu hệ thống lái trợ lực điện phổ biến. - Tính năng công nghệ được ứng dụng phát triển. - Xây dựng tài liệu tham khảo tổng quát nhất.
Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của mốt số hệ thống lái trợ lực điện thông dụng. - Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết về các thành phần chính của hệ thống. 1 - Nghiên cứu, tìm hiểu khải quát về một số tính năng công nghệ ứng dụng dựa trên hệ thống lái trợ lực điện. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập thông tin.
- Phương pháp tiếp cận thông tin. - Phương pháp nghiên cứu tài liệu. - Phương pháp dịch thuật tài liệu. - Phương pháp phân tích tổng hợp.
Đối tượng nghiên cứu - Tài liệu giảng dạy chuyên ngành ô tô. - Tạp chí, bài báo chuyên ngành. - Tài liệu tham khảo, các bài nghiên cứu của các trang Web, nhà sản xuất trên Internet. Giới hạn đề tài - Một số hệ thống lái trợ lực điện phổ biến.
- Một số tính năng công nghệ ứng dụng từ hệ thống. 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ lược về hệ thống lái 2. Vai trò nhiệm vụ của hệ thống lái Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng được trang bị trên ô tô. Theo thời gian, hệ thống lái không ngừng cải tiến và phát triển giúp người lái điều khiển ô tô dễ dàng hơn.
Hệ thống lái trên ô tô có những chức năng cơ bản như sau: − Điều khiển bánh xe dẫn hướng chính xác. − Duy trì lực đánh lái phù hợp. − Truyền được cảm giác từ mặt đường đến người lái. − Hấp thụ phần lớn lực tác động lên vô lăng.
− Đảm bảo hoạt động của hệ thống treo. Cấu tạo chung của hệ thống lái Hình 2. Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái 3 2. Vô lăng Hình 2.
Hình dạng cơ bản của vô lăng Vành tay lái (hay vô lăng) là bộ phận có chức năng tiếp nhận sự điều khiển của người lái, nhận mô-men quay từ người lái truyền đến trục lái. Từ vô lăng, người lái có thể điều khiển bánh xe chuyển hướng theo ý muốn. Cấu tạo của vô lăng trên các dòng xe tương đối giống nhau, đều là một vành tròn và có các thanh liên kết được bố trí quanh vành trong của vành lái, được làm từ chất liệu kim loại, bên ngoài bao bọc bằng vật liệu nhựa hoặc da. Trên vô lăng được bố trí các nút tính năng trên ô tô nhằm tạo sự thuận tiện thao tác nhanh trong cho người lái.
Ngoài ra, trên vô lăng còn là nơi trang bị đặt túi khí an toàn giúp giảm thiểu tối đa trấn thương cho người điều khiển khi xe va chạm mạnh. Trục lái Trục lái là bộ phận có nhiệm vụ truyền mô-men quay từ vành tay lái xuống cơ cấu lái để điều khiển bánh xe dẫn hướng. Cấu tạo của trục lái thường bao gồm trục chính, khớp nối, bánh răng và chốt. Trục lái chính là phần trung tâm của trục lái, được kết nối với bánh lái thông qua khớp nối.
Ống xoắn được gắn vào đầu trục lái và có chức năng giảm thiểu sự rung động và lực xoắn từ mặt đường và bánh xe truyền đến vô lăng. Trên trục lái còn được lắp đặt nhiều bộ phận khác của ô tô như là: Cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển hệ thống gạt nước, cơ cấu nghiên tay lái, cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu trượt 4 tay lái, cơ cấu khóa tay lái,… Các cơ cấu này được bố trí trên trục lái nhằm mục đích giúp cho người điều khiển thuận tiện thực hiện các thao táo chức năng cho người lái. Cấu trúc của trục lái 2. Cơ cấu lái Cơ cấu lái là cơ cấu dùng các bộ phận truyền động bánh răng, trục vít, đai ốc, để chuyển đổi mô-men lái và hướng quay từ vô lăng, truyền tới các bánh xe thông qua hệ thanh đòn dẫn động lái làm xe quay vòng.
Các bánh răng của cơ cấu lái không những chỉ lái các bánh xe mà còn tác dụng như các bánh răng giảm tốc, chúng giảm lực đánh lái bằng cách tăng mô-men đầu ra. Tỷ sô giảm tốc được gọi là tỉ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18-20:1. Tỷ số lớn hơn sẽ giảm được lực đánh lái nhưng sẽ phải quay vô lăng nhiều hơn khi vào cua. Có nhiều kiểu cơ cấu lái nhưng được sử dụng dùng phổ biến trên các xe hiện nay là cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng và kiểu bi tuần hoàn.
Cơ cấu lái kiểu trục vít – thanh răng Hình 2. Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn 2. Dẫn động lái Cơ cấu dẫn động lái là sự kết hợp của các thanh và các đòn để truyền chuyển động của cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng. Các thanh dẫn động lái phải truyền chính xác chuyển động của vô lăng đến các bánh khi xe đang chạy.
Để thực hiện đánh lái điều khiển bánh xe dẫn hướng, thì có nhiều kiểu bố trí thanh dẫn động lái và các kiểu khớp nối. Độ chính xác liên kết có ảnh hưởng đến tính ổn định khi chuyển động. 6 Các chi tiết của cơ cấu dẫn động lái: đòn quay, thanh ngang, thanh lái, đầu thanh lái, đòn cam quay, cam quay, đòn đỡ, thanh kéo, giảm chấn lái. Cơ cấu dẫn động lái cho hệ thống treo trước độc lập Hình 2.
Cơ cấu dẫn động lái cho hệ thống treo trước phụ thuộc 2. Sự cần thiết của trợ lực lái Trợ lực trong hệ thống lái đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sự hỗ trợ giúp đỡ cho người điều khiển xe dễ dàng, thuận tiện và an toàn. Các lý do cần có sự trợ giúp của trợ lực trong hệ thống lái trên ô tô: Giảm sức nặng: trợ lực lái trên ô tô giúp giảm sức nặng mà người lái cần sự dụng để quay vô lăng đánh lái, giúp cho việc đánh lái điều khiển xe dễ dàng hơn và giảm mệt mỏi trong quá trình lái. Đặc biệt, khi phải lái xe trên đường trong một khoảng thời gian dài.
Tăng tính chính xác, an toàn, nhanh chóng và ổn định: trợ lực đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi lái xe, khi gặp tình huống khẩn cấp hoặc tránh va chạm cần phải phản ứng nhanh, đảm bảo cho người lái có thể kiểm soát xe một cách dễ dàng và linh hoạt trong mọi điều kiện đường và thời tiết. 7 Cải thiện trải nghiệm lái xe: trợ lực lái giúp người lái điều khiển xe nhẹ nhàng, êm dịu và mượt mà, giúp đem lại sự thuận tiện, thoải mái khi lái xe. Từ đó đem lại trải nghiệm lái tốt hơn và giảm sự căng thẳng mệt mỏi khi lái, người lái tập trung hơn trong việc quan sát đường. Tích hợp các tính năng công nghệ hiện đại: trợ lực lái điện là cơ sở để ứng dụng, nghiên cứu và phát triển cho các tính năng công nghệ hiện đại ngày nay như là hệ thống hỗ trợ đỗ xe, hệ thống kiểm soát làn đường,… Đặc biệt là hệ thống lái tự động.
Tóm lại, trợ lực trong hệ thống lái là một thành phần cần thiết trong các phương tiện hiện đại. Nó giúp giảm sức nặng khi lái, tăng đáp ứng và ổn định, đảm bảo an toàn và trợ lực lái còn là cơ sở để nghiên cứu và phát triển tích hợp các công nghệ. Nhờ vào trợ lực, người lái có thể điều khiển xe một cách dễ dàng, nhẹ nhàng, mượt mà, êm ái và an toàn trong mọi tình hướng khi lái xe. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) là một công nghệ phổ biến trên các xe ô tô hiện đại, thay thế hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS) truyền thống.
Hệ thống EPS được thiết kế nhằm cung cấp lực hỗ trợ lái cho người lái trong quá trình điều khiển xe. Hệ thống lái trợ lực điện EPS EPS sử dụng một động cơ điện nhẹ để tạo ra lực hỗ trợ khi đánh lái. Điện năng từ động cơ được truyền đến hệ thống lái và tạo ra lực đối lưu, giúp giảm đáng kể sức cản khi lái và tạo cảm giác lái nhẹ nhàng hơn. Hơn nữa, EPS có khả năng điều chỉnh 8 tốc độ và mức độ trợ lực dựa trên tốc độ và góc quay của bánh xe, tạo ra trải nghiệm lái linh hoạt và tùy chỉnh cho người lái.
Một trong những lợi ích quan trọng của EPS là khả năng tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ nhiên liệu. Vì không sử dụng bơm thủy lực và chất lỏng dầu như trong hệ thống HPS, EPS giảm được lượng công suất cần thiết từ động cơ xe và giúp tiết kiệm năng lượng. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc cải thiện hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải ô nhiễm.