Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Tình hình chung và tính thực tế của đề tài A. Tình hình chung: Thế giới ngày càng hiện đại, ngành Công Nghệ Ô tô phát triển rất nhanh đặc biệt là các hệ thống điều khiển cơ khí, thủy lực,… đang dần bị thay thế điều bằng điện và điện tử. Trong đó, hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering– EPS) là một trong những hệ thống đang được ứng dụng rất mạnh mẽ trên hầu hết các hãng xe trên thế giới nói chung và Việt nam nói riêng.
Cũng như tuyên bố của Hãng Ford “ Hệ thống trợ lực tay lái điện EPS sẽ được lắp đặt cho (80 – 90)% số xe Ford vào năm 2012”. Và các “đối thủ” của Ford như Mercedes Benz, Toyota, Hyundai, vv.vv cũng đã trang bị EPS trên các xe ô tô của mình sản xuất. Hệ thống lái trợ lực bằng điện EPS làm việc trên cơ sở phụ thuộc năng lượng của điện (từ ắc quy), thực hiện các chức năng trợ lực thông thường nhưng với ưu điểm nổi bật so với các hệ thống lái trợ lực truyền thống trước đây: Không phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ vòng quay của động cơ. Giảm tiêu tốn nhiên liệu, nhiên liệu tiêu tốn tiết kiệm (5% – 8%) so với cùng một xe trang bị hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực (HPS).
Hệ thống EPS có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt, kiểm tra, bảo dưỡng. Tăng khả năng thích ứng của hệ thống lái trong các điều kiện làm việc khác nhau và quản lý hệ thống tốt hơn. Do có khả năng tiếp nhận nhiều thông số và tính toán điều khiển và xử lý các chương trình phần mềm cài đặt sẵn bên trong EPS-ECU. Bằng cách thu hồi năng lượng của động cơ nhiệt khi dư thừa cấp cho bình tích năng lượng (ắc quy) cho phép góp phần hạn chế lượng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ nhiệt và sau đó sử dụng với mục đích hỗ trợ lực điều khiển của người lái.
Tạo điều kiện kiểm soát chặt chẽ sự làm việc của hệ thống lái thông qua các đèn báo trên taplô giúp nâng cao khả năng phát hiện các lỗi, hư hỏng, đảm bảo an toàn trong chuyển động của ô tô. 9 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Lê Hoàng Phúc B. Tính thực tế của đề tài: Trước khi xuất hiện hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái trợ lực thủy lực được trang bị cho hầu hết các loại xe ô tô trên thị trường từ xe con, xe tải, xe chuyên dùng vv.vv Nhưng sau khi hệ thống lái trợ lực điện được nghiên cứu và chế tạo thành công nó dần dần chứng minh được khả năng trợ lực của mình không thua kém so với hệ thống trợ lực thủy lực trước đó. Ngoài ra hệ thống lái trợ lực điện còn khắc phục được một số nhược điểm mà hệ thống trợ lực thủy lực vẫn còn tồn tại như: trợ lực nhanh hơn, kết cấu đơn giản hơn và đặt biệt nguồn để hoạt động được lấy từ nguồn điện của ắc quy chứ không trích dẫn động từ động cơ nên hầu như không gây mất công suất động cơ, giúp tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Hiện nay hệ thống lái có trợ lực điện được các hãng sản xuất xe ô tô trang bị cho hầu hết các mẫu xe ô tô con, xe hạng sang của mình. Không riêng gì các hãng xe trên thế giới như Ford, Mercedes, BMW, Toyota, Peugeot vv.vv Cả hãng xe Vinfast Việt Nam cũng trang bị hệ thống EPS trên các mẫu xe của mình. Mặt khác nhân loại đang tích cực hướng tới việc bảo vệ môi trường và hạn chế tối đa sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tự nhiên. Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng ngày càng có nhiều giải pháp tạo ra nguồn năng lượng mới từ các yếu tố tự nhiên như gió, ánh nắng mặt trời vv.
Nên các hệ thống vận hành bằng thủy lực (dầu thủy lực) cũng được cắt giảm dần dần tạo điều kiện cho các hệ thống vận hành bằng điện năng có cơ hội thay thế và phát triển mạnh mẽ. Ô tô điện đang được sử dụng ngày càng nhiều và là xu hướng của tương lai gần, ở Việt Nam cũng đang hướng tới việc cắt giảm xe máy cá nhân và thay vào đó là các loại xe ô tô. Hai yếu tố này càng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho các mẫu xe ô tô phổ thông có trang bị hệ thống lái trợ lực điện phổ biến không chỉ trên thế giới mà còn ở Việt Nam. Hệ thống lái trợ lực điện còn là tiền đề để phát minh ra các loại xe chạy tự động trong tương lai.
Và ở một tương lai xa hơn EPS còn là bước đệm để Hệ thống lái điện tử (Steering by wire) phát triển mạnh. Đó là một hệ thống lái điều khiển hoàn toàn bằng điện, các chi tiết cơ khí như thước lái, trục lái sẽ được loại bỏ và tất cả hệ thống sẽ được điều khiển bằng điện, ECU và mô tơ. 10 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Lê Hoàng Phúc 1. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 1.
Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan, lịch sử về hệ thống lái trên ô tô. - Tìm hiểu về hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô. - Tìm hiểu các vấn đề trong khai thác vận hành hệ thống lái trợ lực điện. - Mô phỏng mô hình hệ thống lái trợ lực điện đơn giản.
Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô nói chung - Hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017 1. Nội dung và hạn chế nghiên cứu của đề tài 1. Nội dung nghiên cứu của đề tài - Giới thiệu tổng quan - Tìm hiểu hệ thống lái thông thường và có trợ lực. - Tìm hiểu hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017 - Tìm hiểu sơ đồ mạch điện hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017 - Tìm hiểu về vấn đề trong khai thác hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Camry 2017 - Xây dựng mô hình thực tế hệ thống lái trợ lực điện cơ bản.
Hạn chế của đề tài nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên một loại xe là Toyota Camry 2017. - Bằng sự tìm hiểu cá nhân và nguồn tài liệu chưa phổ biến nên còn nhiều kiến thức và thông tin bị thiếu sót. - Chưa mô phỏng được mô hình hệ thống lái trợ lực điện hiện đại phức tạp. - Thiếu sót những trải nghiệm thực tế với hệ thống lái trợ lực điện.
Phương pháp nghiên cứu đề tài - Kết hợp nhiều nguồn thông tin như: Tham khảo tài liệu từ thư viện điện tử của trường. Tham khảo tài liệu trên các trang mạng như google, youtube vv. Tham khảo qua các luận văn, đồ án có đề tài tương tự. - Tổng hợp và chọn lọc những thông tin cần thiết cho đề tài - Xây dựng mô hình thực tế từ những thiết bị cũ.
11 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Lê Hoàng Phúc Chương 2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 2. Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô 2. Công dụng, yêu cầu, cấu tạo chung A) Công dụng - Hệ thống lái dùng để thay đổi phương chuyển động của ô tô nhờ sự tác động làm quay các bánh dẫn hướng. - Giúp người lái giữ cho ô tô có phương chuyển động thẳng, chuyển động quay vòng khi cần thiết.
B) Yêu cầu - Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. - Lái nhẹ, tức là lực cần thiết để quay vô lăng phải không quá lớn. - Động học quay vòng đúng, các bánh xe của tất cả các cầu phải lăn theo những vòng tròn đồng tâm để xe không trượt lết (nếu điều kiện này không đảm bảo lốp sẽ trượt trên đường nên chóng mòn và công suất sẽ mất mát để tiêu hao cho lực ma sát trượt). - Người lái ít tốn sức, đủ cảm giác để quay vòng tay lái và hệ thống lái, hạn chế tối đa va đập với mặt đường của các bánh dẫn hướng truyền lên vô lăng (người lái đở mệt).
- Ô tô chuyển động thẳng phải ổn định. Hệ thống lái không tự động lệch khỏi vị trí khi xe đi thẳng. - Đặt cơ cấu lái trên phần được treo (để kết cấu các hệ thống treo bánh trước không ảnh hưởng đến động học của cơ cấu lái). 12 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Lê Hoàng Phúc C) Cấu tạo chung Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái Bảng 2.1: Tên các bộ phận của hệ thống lái trên ô tô 1 Vô lăng (vô lăng) 7 Thanh lái xiên 2 Trục lái 8 Thanh lái ngang 3 Phần chủ đông của cơ cấu lái (ví dụ 6, 10 Thanh lái bên như trục vít) 6, 8, 10, 13 Hình thang lái 4 Phần bị đông của cơ cấu lái (ví dụ như 11 Đòn quay đứng bánh vít) 12 Thanh lái dọc 5, 9 Trục đứng bánh xe dẫn hướng 13 Dầm cầu trước 2.
Phân loại a) Theo cách bố trí vô lăng chia ra: - Hệ thống lái với vô lăng bố trí bên trái (khi chiều thuận di chuyển theo luật đi đường là chiều phải như ở Việt Nam, vv. - Hệ thống lái với vô lăng bên phải (khi chiều thuận di chuyển là chiều trái như ở Anh, Nhật, Thụy Điển, vv. b) Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra: - Loại cơ khí: + Trục vít bánh vít (với cung răng hay con lăn). 13 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Lê Hoàng Phúc + Trục vít đòn quay (với một hay hai ngỗng trên đòn quay).
+ Trục răng thanh răng + Liên hợp (trục vít- ecu bi- cung răng). - Loại thủy lực c) Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chia ra: - Loại trợ lực thủy lực (điều khiển điện tử). - Loại trợ lực khí (gồm cả cường hóa chân không). - Loại trợ lực điện.
- Loại trợ lực cơ khí. Các thông số đánh giá hệ thống lái Để đánh giá hệ thống lái sử dụng các thông số sau: - Tỉ số truyền động học và tỉ số truyền lực của hệ thống lái (gồm của cơ cấu lái và của dẫn động lái) - Khe hở ăn khớp trong hệ thống lái - Hiệu suất của hệ thống lái 2. Tỉ số truyền động học và tỉ số truyền lực của dẫn động A) Tỉ số truyền động học của dẫn động: ��� ��� là tỉ số giữa vi phân góc quay của đòn lái đứng (���� ) với vi phân nửa tổng góc quay (� �à �) của các bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong: ���� ��� = (2.