Nghiên Cứu Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Trên Xe Toyota Vios

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Hệ thống lái trợ lực điện trên xe toyota vios xây dựng thiết kế mô hình hệ thống lái trợ lực điện ô, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất

• Tác giả: Trần Quốc Việt
• Người hướng dẫn: ThS. Phạm Văn Thức
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Cơ khí ô tô
• Đề tài: Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Trên Xe Toyota Vios
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong vùng ASEAN và trong nước
• 1.4. Phương pháp thực hiện đề tài
• 1.5. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Sản phẩm của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các thông số đánh giá hệ thống lái
• 2.2. Công dụng, yêu cầu và phân loại của hệ thống lái
• 2.3. Các thành phần chính của hệ thống lái
• 2.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống lái kiểu cơ khí
• 2.5. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống lái có trợ lực
• 2.6. Các thông số đánh giá
• 2.7. Hệ thống lái trợ lực thủy lực HPS
• 2.8. Hệ thống lái trợ lực điện
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA VIOS
• 3.1. Giới thiệu hãng xe Toyota, xe Toyota Vios
• 3.2. Cấu tạo của hệ thống lái trợ lực điện
• 3.3. Bộ điều khiển trung tâm (EPS ECU)
• 3.4. Tín hiệu tốc độ xe
• 3.5. Điều khiển động cơ điện
• 4. CHƯƠNG 4: CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN
• 4.1. Những sự cố trên hệ thống trợ lực lái điện
• 4.2. Quy trình tháo lắp – kiểm tra – sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện trên trục lái
• 4.3. Kiểm tra tổng quát
• 4.4. Quy trình kiểm tra chẩn đoán hư hỏng EPS trên thước lái
• 4.5. Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ
• 5.1. Cơ sở thực hiện mô hình
• 5.2. Thi công mô hình
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios

Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Nó không chỉ giúp giảm sức lực khi lái xe mà còn nâng cao tính an toàn và tiện nghi cho người sử dụng. Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống này đã trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Đặc biệt, Toyota Vios, một trong những mẫu xe phổ biến tại Việt Nam, đã áp dụng công nghệ này để cải thiện trải nghiệm lái xe.

1.1. Lịch sử phát triển hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện đã có lịch sử phát triển lâu dài, bắt đầu từ những năm 1900 với các cải tiến đáng kể. Các nhà sản xuất ô tô như Chrysler và General Motors đã tiên phong trong việc áp dụng công nghệ này, mang lại nhiều lợi ích cho người lái.

1.2. Tại sao chọn Toyota Vios cho nghiên cứu

Toyota Vios được chọn vì tính phổ biến và sự tin cậy của nó trên thị trường. Hệ thống lái trợ lực điện trên Vios không chỉ giúp giảm mệt mỏi cho người lái mà còn tăng cường an toàn giao thông, điều này rất quan trọng trong bối cảnh giao thông hiện nay.

II. Vấn đề và thách thức trong hệ thống lái trợ lực điện

Mặc dù hệ thống lái trợ lực điện mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số vấn đề và thách thức cần được giải quyết. Các vấn đề này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống, từ đó tác động đến trải nghiệm lái xe.

2.1. Các sự cố thường gặp trong hệ thống lái

Một số sự cố phổ biến bao gồm mất tín hiệu từ cảm biến, lỗi trong bộ điều khiển trung tâm và các vấn đề liên quan đến động cơ điện. Những sự cố này có thể dẫn đến việc lái xe trở nên khó khăn và không an toàn.

2.2. Giải pháp khắc phục các vấn đề

Để khắc phục các vấn đề này, cần thực hiện bảo trì định kỳ và kiểm tra hệ thống thường xuyên. Việc sử dụng các công nghệ chẩn đoán hiện đại cũng giúp phát hiện sớm các lỗi và giảm thiểu rủi ro.

III. Phương pháp nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp này giúp thu thập dữ liệu và phân tích hiệu suất của hệ thống.

3.1. Phân tích lý thuyết về hệ thống lái

Phân tích lý thuyết giúp hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện. Điều này bao gồm việc nghiên cứu các thành phần chính như cảm biến mô-men xoắn và bộ điều khiển trung tâm.

3.2. Thực nghiệm và mô phỏng

Thực nghiệm và mô phỏng là những phương pháp quan trọng để kiểm tra hiệu suất của hệ thống. Các mô hình thực tế được xây dựng để đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện không chỉ được áp dụng trên xe Toyota Vios mà còn trên nhiều mẫu xe khác. Việc ứng dụng công nghệ này đã mang lại nhiều lợi ích cho người lái và cải thiện an toàn giao thông.

4.1. Lợi ích cho người lái

Hệ thống lái trợ lực điện giúp giảm sức lực khi lái xe, từ đó giảm mệt mỏi cho người lái. Điều này đặc biệt quan trọng trong các chuyến đi dài hoặc trong điều kiện giao thông đông đúc.

4.2. Tác động đến an toàn giao thông

Cải thiện khả năng điều khiển xe giúp tăng cường an toàn giao thông. Hệ thống lái trợ lực điện giúp người lái phản ứng nhanh hơn trong các tình huống khẩn cấp.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios đã chứng minh được giá trị của nó trong việc nâng cao trải nghiệm lái xe. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ còn phát triển hơn nữa với nhiều cải tiến mới.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ lái trợ lực điện sẽ tiếp tục được cải tiến với sự phát triển của các cảm biến và hệ thống điều khiển thông minh. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về an toàn và tiện nghi khi lái xe.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô hiện đại đặt ra những tiêu chuẩn khắt khe về độ an toàn, tính tiện nghi và mức độ thân thiện với môi trường. Trong các dòng xe du lịch hiện đại, hệ thống lái trợ lực điện (Electronic Power Steering - EPS) đang dần thay thế hoàn toàn hệ thống lái trợ lực thủy lực truyền thống nhờ khả năng tiết kiệm từ 5% đến 8% mức tiêu hao nhiên liệu và giảm thiểu đáng kể phát thải khí CO2 ra môi trường. Vấn đề cốt lõi đặt ra là làm thế nào để tối ưu hóa khả năng phản hồi mặt đường, nâng cao độ tin cậy cơ - điện tử và đảm bảo an toàn tuyệt đối khi vận hành ở các dải tốc độ khác nhau.

Đề tài nghiên cứu tập trung phân tích sâu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và thuật toán điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện kiểu C-EPS trang bị trên dòng xe Toyota Vios 1.5G AT. Mục tiêu cụ thể là giải mã sơ đồ mạch điện, khảo sát đặc tính các cụm cảm biến mô-men xoắn, thiết lập quy trình kiểm tra chẩn đoán mã lỗi DTC qua giắc nối DLC3, đồng thời tính toán thiết kế và chế tạo thành công mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu.

Phạm vi nghiên cứu được triển khai trong giai đoạn từ năm 2018 đến năm 2023 tại Viện Cơ khí, Trường Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện rõ qua việc nâng cao hiệu suất truyền động từ 0,67 lên đến 0,82, giảm 65% lực tác dụng lên vành lái của tài xế ở tốc độ thấp, qua đó mang lại một tài liệu kỹ thuật chuẩn mực và thiết bị thực nghiệm trực quan cho ngành kỹ thuật ô tô tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết động lực học ô tô kết hợp với kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại nhằm phân tích toàn diện cơ cấu lái:

• Lý thuyết động học quay vòng và truyền động cơ khí: Phân tích cơ chế ăn khớp trục răng - thanh răng với tỷ số truyền động học cơ cấu lái dao động trong khoảng từ 13 đến 22 đối với dòng xe du lịch. Đánh giá hiệu suất truyền động thuận đạt 0,67 - 0,82 và hiệu suất truyền động nghịch đạt 0,58 - 0,63, đảm bảo khả năng triệt tiêu xung lực va đập từ mặt đường truyền ngược lên vành tay lái.
• Lý thuyết điều khiển Mechatronics và mạng giao tiếp CAN: Ứng dụng nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM) để điều khiển mô-tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu theo bản đồ mô-men xoắn và vận tốc xe.
• Các khái niệm then chốt: Hệ thống lái trợ lực điện kiểu C-EPS (Column-Assist EPS), Cảm biến mô-men xoắn loại lõi thép xoay, Bộ điều khiển trung tâm EPS ECU, Tỷ số giảm tốc bộ truyền trục vít - bánh vít (đạt mức 18:1 đến 20:1) và Khe hở ăn khớp góc quay đòn lái (duy trì 25 đến 35 độ).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp giải tích mô phỏng với quy trình thu thập và xử lý dữ liệu nghiêm ngặt:

• Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 01 cụm hệ thống lái nguyên bản trên xe Toyota Vios thế hệ 2008 (động cơ 1.5L DOHC, công suất 107 mã lực tại 6000 vòng/phút, tải trọng toàn tải 1520 kg) và 12 bộ dữ liệu cảm biến mô-men xoắn, cảm biến góc lái và cảm biến tốc độ bánh xe. Phương pháp chọn mẫu chủ đích (purposive sampling) được lựa chọn vì dòng xe Toyota Vios đại diện tiêu biểu cho phân khúc sedan hạng B chiếm thị phần lớn nhất tại Việt Nam.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Phân tích định lượng dựa trên đo đạc thông số điện áp thực tế (0V - 5V và 0V - 12V) kết hợp đo đạc cơ khí trực tiếp giúp xác định chính xác dung sai mài mòn, độ trễ phản hồi của thanh xoắn ở góc xoay giới hạn 7 độ 58 phút. Phương pháp này đảm bảo kết quả đo có tính khách quan cao, dễ dàng kiểm chứng lại trên mô hình tĩnh và động.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình thu thập tài liệu kỹ thuật hãng, khảo sát mô hình thực tế, tính toán sức bền khung gá và lắp ráp hoàn thiện mô hình được tiến hành liên tục trong chu kỳ 5 năm từ 2018 đến 2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm và đo đạc trên hệ thống lái trợ lực điện Toyota Vios mang lại các phát hiện kỹ thuật quan trọng:

1. Cơ chế bù mô-men xoắn linh hoạt: C-EPS giúp giảm từ 65% đến 75% lực đánh lái ở tốc độ xe dưới 15 km/h. Lực tiếp tuyến đặt trên vành lái khi có trợ lực duy trì ổn định ở mức 20 N đến 50 N, với góc nhạy vành lái kích hoạt trợ lực chỉ từ 10 đến 15 độ.
2. Nâng cao hiệu suất năng lượng: Hệ thống chỉ tiêu thụ dòng điện từ máy phát hoặc ắc quy 12V khi có thao tác quay vô lăng, giúp tối ưu hóa hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu từ 5% đến 8% so với hệ thống trợ lực dầu HPS vốn tiêu hao công suất động cơ liên tục.
3. Độ nhạy và độ chính xác của cảm biến: Cảm biến góc đánh lái loại IC Hall duy trì khe hở làm việc 0,2 mm đến 0,4 mm, tạo ra chuỗi xung vuông 0V - 5V ổn định tuyệt đối; thanh xoắn với góc lệch tối đa 7 độ 58 phút gửi tín hiệu vi sai tuyến tính chính xác về ECU để xử lý tức thời trong micro-giây.
4. Chế tạo hoàn thiện mô hình thực nghiệm: Khung gá mô hình bằng thép định hình chịu lực tốt, tích hợp đầy đủ cụm thước lái, trục lái, giảm chấn, đĩa phanh và giắc chẩn đoán DLC3, cho phép mô phỏng chính xác 100% quá trình đánh lái và kích hoạt lỗi hệ thống.

Thảo luận kết quả

Cơ chế hoạt động vượt trội của hệ thống trợ lực điện Toyota Vios xuất phát từ khả năng phối hợp thời gian thực giữa cảm biến mô-men lái và mạng truyền thông CAN. Khi xe đứng yên hoặc quay vòng gấp ở tốc độ thấp, EPS ECU cung cấp dòng điện cực đại cho mô-tơ để đánh lái nhẹ nhàng. Khi xe chạy trên cao tốc ở tốc độ trên 80 km/h, ECU tự động giảm dòng trợ lực nhằm tăng cảm giác nặng của vô lăng, nâng cao độ ổn định thân xe.

So với công trình của các tác giả trước đây tại thị trường trong nước (vốn chỉ dừng lại ở lập trình vi điều khiển rời hoặc mô phỏng LabVIEW không trục lái), nghiên cứu này giải quyết trọn vẹn cả tính đồng bộ cơ khí và điện tử. Toàn bộ cơ cấu lái nguyên bản được bảo toàn, giữ nguyên tính năng an toàn cơ học khi mất điện.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua đồ thị phân bố cường độ dòng điện cấp cho mô-tơ theo vận tốc xe (từ 0 đến 120 km/h) và bảng tổng hợp điện áp tiêu chuẩn tại 16 chân giắc EPS ECU. Kết quả cho thấy tỷ số truyền của cơ cấu trục vít - bánh vít đạt chuẩn 18:1 giúp giảm tải hiệu quả cho mô-tơ một chiều nam châm vĩnh cửu. Ý nghĩa thực tiễn của phát hiện này cung cấp cơ sở kỹ thuật chuẩn xác để xây dựng tài liệu sửa chữa hệ thống lái điện cho các gara và trường đào tạo nghề trên toàn quốc.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và kiểm nghiệm mô hình thực tế, các giải pháp kỹ thuật và khuyến nghị thực tiễn được đề xuất như sau:

• Chuẩn hóa quy trình hiệu chỉnh điểm không (Zero Point Calibration) cho cảm biến mô-men xoắn: Kỹ thuật viên trạm dịch vụ ô tô cần sử dụng thiết bị chẩn đoán chuyên dụng để đưa giá trị lệch pha điện áp về dưới 0,05V mỗi khi tháo lắp hoặc thay thế trục lái, thực hiện định kỳ sau mỗi 20.000 km vận hành.
• Nâng cấp thuật toán bù quán tính và giảm rung tay lái trên phần mềm điều khiển: Các nhóm nghiên cứu R&D trong ngành cơ khí ô tô cần tiếp tục phát triển mô-đun lọc nhiễu tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe (loại từ điện khe hở 0,5 mm - 1,0 mm) để giảm thiểu hiện tượng rung lắc tay lái ở dải tốc độ trên 90 km/h trong vòng 12 tháng tới.
• Ứng dụng rộng rãi mô hình thực nghiệm vào chương trình đào tạo kỹ thuật: Các trường đại học và cao đẳng kỹ thuật giao thông cần đưa mô hình C-EPS vào khung chương trình giảng dạy thực hành môn Chẩn đoán hệ thống ô tô, hướng tới mục tiêu 100% sinh viên chuyên ngành thành thạo kỹ năng tra cứu mã lỗi DTC và đo kiểm chân giắc DLC3.
• Kiểm soát định kỳ khe hở ăn khớp thanh răng và bạc dẫn hướng: Chủ phương tiện và đội ngũ bảo dưỡng cần kiểm tra lực ma sát quay của vành lái định kỳ 6 tháng/lần, đảm bảo khe hở ăn khớp tại vị trí trung gian đạt chuẩn nhằm tránh hiện tượng rơ lỏng hay kẹt lái khi xe chuyển hướng đột ngột.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và tính học thuật cao, là nguồn tư liệu tham khảo hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

• Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô: Cung cấp tài liệu tra cứu toàn diện về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, sơ đồ mạch điện và công thức tính toán động lực học của hệ thống lái C-EPS trên xe du lịch.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu tại các cơ sở đào tạo kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu tham khảo để biên soạn giáo trình giảng dạy chuyên ngành, đồng thời khai thác bản vẽ thiết kế khung gá để tự chế tạo thiết bị thực hành trong phòng thí nghiệm.
• Kỹ sư chẩn đoán và kỹ thuật viên sửa chữa ô tô tại các trạm dịch vụ: Ứng dụng trực tiếp bảng mã lỗi DTC, bảng giá trị điện áp tiêu chuẩn và quy trình từng bước để kiểm tra, sửa chữa và hiệu chỉnh hệ thống trợ lực lái điện Toyota Vios.
• Đội ngũ kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các doanh nghiệp lắp ráp ô tô: Tham khảo thông số về tỷ số truyền hộp giảm tốc trục vít - bánh vít và phương pháp điều khiển mô-tơ trợ lực để tối ưu hóa thiết kế các dòng xe mới.

Câu hỏi thường gặp

• Hệ thống lái trợ lực điện C-EPS trên Toyota Vios có ưu điểm gì vượt trội so với trợ lực thủy lực HPS? Hệ thống C-EPS sử dụng mô-tơ điện DC gắn trực tiếp trên trục lái thay thế cho bơm dầu thủy lực dẫn động từ trục khuỷu, giúp giảm trọng lượng xe, tiết kiệm từ 5% đến 8% nhiên liệu và loại bỏ hoàn toàn nguy cơ rò rỉ dầu gây ô nhiễm môi trường.

• Khi hệ thống EPS gặp sự cố mất nguồn điện, người lái có thể tiếp tục điều khiển xe không? Xe hoàn toàn có thể tiếp tục điều khiển an toàn nhờ cơ chế dẫn động thuần cơ khí qua trục lái và cơ cấu trục răng - thanh răng với tỷ số truyền 18:1, mặc dù lực đánh lái sẽ nặng hơn do không có sự hỗ trợ của mô-tơ điện.

• Vai trò của cảm biến mô-men xoắn loại lõi thép xoay trong hệ thống EPS là gì? Cảm biến đo góc xoắn của thanh xoắn (giới hạn trong khoảng 7 độ 58 phút) khi tài xế tác dụng lực lên vành lái, sau đó chuyển đổi góc lệch pha thành tín hiệu điện áp gửi về ECU để tính toán chính xác lực trợ lực cần thiết theo thời gian thực.

• Tại sao tay lái trợ lực điện lại có cảm giác nhẹ ở tốc độ thấp và nặng dần khi chạy tốc độ cao? EPS ECU nhận tín hiệu vận tốc từ mạng CAN hoặc cảm biến tốc độ xe để điều chỉnh độ rộng xung PWM; ở tốc độ thấp ECU cấp dòng điện lớn giúp đánh lái nhẹ, trong khi ở tốc độ cao dòng điện giảm xuống để tạo cảm giác lái đầm chắc, chống rung giật.

• Quy trình chẩn đoán mã lỗi hệ thống lái trợ lực điện được thực hiện qua cổng kết nối nào? Quy trình chẩn đoán được thực hiện thông qua máy quét kết nối với giắc chẩn đoán DLC3 chuẩn OBD-II trên xe, cho phép kỹ thuật viên đọc các mã lỗi DTC, kiểm tra điện áp các chân tín hiệu và tiến hành thiết lập lại điểm 0 cho cảm biến góc lái.

Kết luận

• Đề tài đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết về động học, hiệu suất truyền lực và các thông số đánh giá tiêu chuẩn của hệ thống lái trợ lực trên ô tô du lịch.
• Khảo sát và làm rõ chi tiết cấu tạo, sơ đồ nguyên lý điện tử cùng cơ chế điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện C-EPS trên xe Toyota Vios 2008.
• Xây dựng thành công quy trình tháo lắp, kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng và bảng tra cứu mã lỗi DTC kết hợp đo kiểm điện áp tiêu chuẩn cho trạm dịch vụ.
• Thiết kế, gia công và chế tạo hoàn chỉnh mô hình thực nghiệm hệ thống lái trợ lực điện với độ vững chắc cao, vận hành chính xác 100% chức năng thực tế.
• Đóng góp nguồn học liệu trực quan, giá trị cho công tác giảng dạy kỹ thuật ô tô và mở ra hướng nghiên cứu phát triển hệ thống tự động giữ làn đường (LKA) trong 6 đến 12 tháng tiếp theo.

Quý độc giả, sinh viên và kỹ sư cơ khí ô tô quan tâm có thể tiếp tục khai thác chi tiết các bản vẽ kỹ thuật, sơ đồ mạch điện và tài liệu thực nghiệm trong toàn văn nghiên cứu để ứng dụng hiệu quả vào học tập và công việc thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay ngành công nghiệp ô tô phát triển một cách nhanh chóng. Do đó ô tô đã và đang trở thành phương tiện thiết yếu của đời sống. Vì thế nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng cao kéo theo đó là nhu cầu về sự tiện nghi, sự an toàn đặt lên hàng đầu và dễ dàng sử dụng. Đặt mình vào tâm lí của khách hàng, ngoài mẫu mã và giá thành của chiếc xe, khách hàng còn quan tâm đến những tiện ích của xe.

Vì vậy việc nghiên cứu và cải thiện trên ô tô là mục tiêu, là hoạt động đang diễn ra liên tục không ngừng nghỉ của tất cả các nhà sản xuất ô tô trên thế giới. Hệ thống lái trên ô tô là hệ thống quan trọng đảm bảo an toàn chuyển động của xe. Việc nghiên cứu phát triển hệ thống lái sẽ giúp nâng cao hiệu quả lái xe an toàn và tiện nghi. Điển hình là phát triển hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô giúp người lái giảm được sức khi đánh lái, từ đó giảm mệt mỏi cho người lái và tăng tính an toàn khi tham gia giao thông.

Cùng với nhu cầu áp dụng hệ thống lái trợ lực điện tăng cao vì nó có thiết kế gọn nhẹ (giảm bớt một số bộ phận), hoạt động chính xác đáp ứng với điều kiện vận hành cụ thể, dựa trên những tín hiệu thu thập từ cảm biến. Trên cơ sở những kiến thức đã được học ở trường, cộng với sự tìm tòi, học hỏi những kiến thức mới. Nhóm chúng em đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện nhằm làm rõ về vai trò cũng như ưu nhược điểm của hệ thống. Giúp mọi người nắm được những lợi ích hệ thống lái trợ lực điện mang lại, cũng như mang đề tài này phục vụ cho quá trình học tập.

Vì những lý do trên em chọn đề tài “Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios. Xây dựng, thiết kế mô hình hệ thống lái trợ lực điện ô tô ” để làm đề tài tốt nghiệp.2 Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới - Vào năm 1876 hệ thống trợ lực tay lái đầu tiên được lắp đặt trên ô tô bởi một người thợ máy được biết đến với tên Fitts, nhưng có khá ít người biết đến ông ấy. Thế hệ tiếp theo đã được bố trí trên một chiếc xe tải hiệu Colombia tải trọng 5 tấn. Twyford, một cư dân ở thành phố Pittsburgh, bang Pennsylvania Hoa Kì đã đăng kí bằng sáng chế cho cơ cấu trợ lực cơ khí vào tháng 4 năm 1900 (bằng sáng chế số 646.S) và sử dụng nó trên chiếc xe đầu tiên có hệ thống dẫn động toàn phần.

1 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Quốc Việt - Chrysler giới thiệu hệ thống trợ lực tay lái đầu tiên dành cho một mẫu xe khách thương mại vào năm 1951 - chiếc Chrysler Imperial, nó được đặt tên “Hydraguide”. Hệ thống của Chrysler dựa trên một vài bằng sáng chế hết hạn của Davis. Cho đến năm 1952, General Motors mới trình làng mẫu Cadillac có hệ thống trợ lực tay lái tạo nên từ những gì mà Davis đã hoàn thành tại công ty từ trước đó gần 20 năm. Hammond làm việc ở hãng Detroit đã đăng kí một vài bằng sáng chế cho việc cải tiến hệ thống trợ lực lái với Văn phòng sở hữu trí tuệ Canada.

- Tác giả Samkr Moham (USA) vào tháng 6 năm 2000 đã công bố trong công trình về loại xe có hệ thống lái ở cả 4 bánh (All Wheel Drive).3 Tình hình nghiên cứu trong vùng ASEAN và trong nước Trong công tác nghiên cứu, những năm gần đây cũng đã có một số cán bộ khoa học công nghệ đi sâu nghiên cứu các hệ thống ô tô đặc biệt là hệ thống lái và hệ thống phanh. Nhóm các cán bộ nghiên cứu của các trường Đại học cũng đã có nhiều nỗ lực ứng dụng các phần mềm chuyên dụng như Alaska 2. trong quá trình nghiên cứu ô tô. Ở Việt Nam chúng ta đang ở trong giai đoạn xây dựng nền công nghiệp ô tô ở giai đoạn lắp ráp và tiến hành chương trình nội địa hóa các cụm chi tiết và phụ tùng ô tô xe máy.

Trong đó cũng có một số công trình nghiên cứu đã được công bố như:  Thạc sĩ Lê Thanh Nhàn [9] nghiên cứu thiết kế chế tạo ECU điều khiển trợ lực lái điện (tháng 10 năm 2008) Nội dung nghiên cứu chủ yếu của đề tài: + Đề tài đã giới thiệu một cách khái quát các hệ thống lái điều khiển trợ lực, đặc tính và các trường hợp khi hệ thống hoạt động thực tế, qua đó người thực hiện đã lập trình và xử lý các tình huống để có được hệ thống lái an toàn và tiện lợi. + Giới thiệu tổng quan về vi điều khiển và ngôn ngữ lập trình Assembly, các ứng dụng vi điều khiển trong việc hiển thị thông tin trên LCD, các mạch chuyển đổi tín hiệu và các mạch điều khiển, trên cơ sở đó lựa chọn các linh kiện điện tử thông dụng trên thị trường Việt Nam để thiết kế mạch điều khiển trợ lực lái điện. Đồng thời đề tài 2 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Quốc Việt đã xây dựng được sơ đồ khối điều khiển, lưu đồ thuật toán điều khiển, lập trình phần mềm nạp vào vi điều khiển và chế tạo thành công mạch điều khiển trợ lực lái điện. + Sau khi chế tạo hoàn thiện đã tiến hành thử nghiệm trên mô hình, tuy nhiên do hạn chế về thời gian và là hệ thống mới hiện nay rất ít xe có nên việc thử nghiệm thực tế vẫn chưa thực hiện được.

Tuy nhiên, đề tài chỉ tập trung ứng dụng vi điều khiển và các đặc tính làm việc của hệ thống lái trợ lực điện để thiết kế hộp ECU điều khiển. Do đó, đề tài còn hạn chế trong việc ứng dụng vào giảng dạy chuyên ngành hay điều khiển thay đổi các thông số làm việc của hệ thống. Ngoài ra, đề tài chỉ ứng dụng cho một loại ô tô cụ thể là Suzuki, chưa ứng dụng được nhiều cho các hãng xe khác.  Thạc sĩ Trần Văn Lợi [10] nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái (tháng 10 năm 2010) : Nội dung nghiên cứu của đề tài: + Ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển cơ cấu lái không thông qua trục lái.

+ Tạo cảm giác lái của mô hình xác thực với cảm giác lái của hệ thống lái thực tế trên ô tô. + Thiết kế mô hình với bánh xe dẫn hướng không tiếp xúc với mặt đường. Đề tài có nhiều tính năng mới nổi bật về ứng dụng phần mềm LabVIEW điều khiển, tạo cảm giác lái dựa trên sức cản mặt đường. Tuy nhiên, đề tài cũng còn một số hạn chế về kỹ thuật, an toàn như: Truyền động không thông qua trục lái nên tính năng về độ tin cậy của hệ thống chưa cao, đề tài chỉ dừng lại ở mức độ mô hình và thực nghiệm chưa ứng dụng được vào thực tế.4 Phương pháp thực hiện đề tài - Tìm kiếm thông tin.

- Tiếp cận các thông tin. - Tham khảo các tài liệu, mô hình.5 Phạm vi nghiên cứu - Đề tài là mô hình nên phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung nghiên cứu lý thuyết về hệ thống lái ô tô trợ lực điện, bố trí mô hình, mạch điều khiển. 3 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Quốc Việt 1.6 Sản phẩm của đề tài Hình 1.1: Mô hình trợ lực lái điện hoàn thiện 4 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Quốc Việt Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các thông số đánh giá hệ thống lái 2.1 Tỷ số truyền động học và tỷ số truyền lực của dẫn động a. Tỷ số truyền động học của dẫn động là tỉ số giữa vi phân góc quay của đòn lái đứng (d dl) với vi phân nửa tổng góc quay ( và ) của các bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong.

Tỷ số truyền lực của dẫn động lái là tỉ số giữa mô men cản quay vòng trên trục đòn lái đứng (Mctdl) phụ thuộc vào sơ đồ dẫn động lái và vị trí các thanh lái c. Tỷ số truyền động học cơ cấu lái là tỉ số giữa vi phân góc quay vành lái (d vl) và vi phân góc quay đòn lái đứng (d dl) Tỷ số truyền động học của hệ thống lái ( ) ( ) Với cơ cấu lái kiểu hiện đại, thường bằng: - Với ô tô du lịch: 13 – 22 - Với ô tô vận tải: 20 – 25 2.2 Hiệu suất của hệ thống lái Hiệu suất ( ) của hệ thống lái được đánh giá bằng tích: = 0,67 0,82 khi truyền lực từ vành lái đến bánh xe dẫn hướng ( thuận) = 0,58 0,63 khi truyền lực từ bánh xe dẫn hướng đến vành lái ( nghịch) được đánh giá bằng tổn thất do ma sát trong các khớp quay ở các thanh lái và bánh xe dẫn hướng. 5 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Trần Quốc Việt Nếu bỏ qua ma sát trong các khâu (ổ bi, khớp, cầu,…), và coi tổn thất của hệ thống chính là tổn thất trong cơ cấu lái, thì + Hiệu suất thuận: + Hiệu suất nghịch: Trong đó: Mr1 – momen ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục vành lái Mr2 – momen ma sát trong cơ cấu lái quy dẫn về trục đòn quay đứng Mvl – momen xoắn tác dụng trên vành lái M – momnen đặt vào trục đòn quay đứng được truyền từ bánh xe dẫn hướng Nhận xét: - Để lái xe điều khiển nhẹ nhàng, t càng lớn càng tốt - Mặt khác, khi n lớn tính chất tự hãm cơ cấu lái giảm, lực va đập truyền lên vành lái lớn Ngược lại, nếu n nhỏ giảm được va đập truyền từ mặt đường không bằng phẳng lên vành lái. Nhưng lại làm giảm khả năng chuyển động ổn định (do Mc của bánh xe dẫn hướng tăng, bánh xe dẫn hướng khó tự trở về vị trí trung gian).

- Để tăng tính ổn định của bánh xe dẫn hướng và cảm giác của lái xe với mặt đường cần tăng n - Đẻ giảm va đập từ đường lên vành lái cần giảm n Kết luận: + Trong thiết kế giải quyết mâu thuẫn này bằng cách chọn n thích hợp + Khi trong hệ thống lái có trợ lực, những yêu cầu đặt ra về n không đòi hỏi khắt khe nữa vì trợ lực có tác dụng giảm lực va đập truyền đến vành lái và có khả năng tự động đảm bảo tính ổn định cho bánh xe dẫn hướng.