Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái, hệ thống điều khiển động cơ DC Brushless và nạp điện ắc quy từ máy phát cho ô tô Hybrid kiểu nối tiếp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (18.32 MB, 117 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
NGUYỄN HỮU TIẾN
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ
NHA TRANG 07/2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
NGUYỄN HỮU TIẾN
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI,
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BRUSHLESS DC
VÀ NẠP ĐIỆN ACQUY TỪ MÁY PHÁT Ô TÔ
HYBRID KIỂU NỐI TIẾP
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN VĂN NHẬN
NHA TRANG 07/2013
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HỮU TIẾN
Lớp : 51CKCD
Chuyên ngành : Công nghệ kĩ thuật cơ điện tử
Đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái, hệ thống điều khiển động cơ brushless
DC và nạp điện acquy từ máy phát ô tô Hybrid kiểu nối tiếp
Số trang:120 Số chương :04
Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02 đĩa CD, 01 hệ thống lái ô tô Hybrid, 01 bộ điều khiển
động cơ brushless DC .
NHẬN XÉT
Kết luận
Nha Trang, ngày tháng năm 2013
Cán bộ hướng dẫn
( ký và ghi rõ họ tên )
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh : NGUYỄN HỮU TIẾN
Lớp : 51CKCD
Chuyên ngành : Công nghệ kĩ thuật cơ điện tử
Đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái, hệ thống điều khiển động cơ brushless
DC và nạp điện acquy từ máy phát ô tô Hybrid kiểu nối tiếp
Số trang: 120 Số chương :04
Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02 đĩa CD, 01 hệ thống lái ô tô Hybrid, 01 bộ điều khiển
động cơ brushless DC.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Kết luận
Nha Trang, ngày tháng năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
( Ký ghi rõ họ tên )
_________________________________________________________________
Nha Trang, ngày tháng năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
( Ký ghi rõ họ tên )
Điểm phản biện
Bằng số Bằng chữ
Điểm chung
Bằng số Bằng chữ
Trang 6
MỤC LỤC
MỤC LỤC 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
DANH MỤC HÌNH 9
LỜI NÓI ĐẦU 12
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ VÀ ĐỘNG CƠ BRUSHLESS
DC 14
1.1 Giới thiệu chung 15
1.1.1. Ôtô hybrid (ôtô lai) 15
1.2. Hệ thống lái trên xe ô tô 18
1.2.1 Vành tay lái 19
1.2.2 Trục lái 19
1.2.3. Cơ cấu trượt, nghiêng tay lái điều khiển điện 20
1.2.4. Cơ cấu lái 21
1.2.5. Cơ cấu dẫn động lái 21
1.3. Động cơ brushless DC 22
1.3.1. Khái niệm, đặc điểm 22
1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ Brushless DC Mortor 23
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 28
2.1 Phương pháp nghiên cứu 29
2.2 Nội dung nghiên cứu 29
2.2.1. Thiết kế hệ thống lái cho xe 29
2.2.2.Tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe. 36
2.2.3. Tính toán và chọn động cơ điện 59
2.2.4. Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ 63
2.2.5. Hệ thống nạp điện acquy từ máy phát 81
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 92
3.1. SẢN PHẨM THỰC TẾ 93
3.2. CHẠY THỬ VÀ KIỂM TRA ĐỘ ỔN ĐỊNH 96
3.2.1. Kiểm tra trươc khi đưa vào hoạt động 96
3.2.2. Mô hình ô tô lúc hoạt động 98
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 100
Trang 7
4.1. KẾT LUẬN 101
4.1.1. Kết quả đạt được 101
4.1.2. Kết quả chưa đạt được 101
4.2. ĐỀ XUÁT 101
4.2.1. Đề xuất phần cứng 101
4.2.2. Đề xuất phần mềm 101
4.2.3. Đề xuất cả hệ thống 101
TÀI LIỆU THAM
KHẢO
102
PHỤ LỤC 103
1. Chương trình điều khiển BLDC 103
2. Chương trình nạp điện acquy 109
Trang 8
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2- 1: Quan hệ giữa α và β theo lý thuyết 46
Bảng 2-2: Quan hệ giữa α và β theo thực tế 47
Bảng 2.3: Cấu hình các chân của cổng 69
Bảng 2.4: Bảng chọn chế độ hoạt động của Timer 71
Bảng 2.5: Chế độ so sánh không PWM 71
Trang 9
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Hệ thống lai nối tiếp 16
Hình 1. 2 Hệ thống lai song song. 17
Hình 1. 3 Hệ thống lai hỗn hợp 17
Hình 1-4 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái 18
Hình 1-5 Cách bố trí trục lái trên xe 18
Hình 1-6 Vành tay lái 19
Hình 1-7 Trục lái 20
Hình 1-8. Cơ cấu nghiêng, trượt tay lái 21
Hình 1-9. Bố trí đòn dẫn động lái 22
Hình 1.10. Sức phản điện động dạng hình thang 23
Hình 1.11. Mặt cắt bằng của một BLDC 23
Hình 1.12. Stator động cơ BLDC 24
Hình 1.13. Rotor động cơ BLDC 24
Hình 1.14. Động cơ brushless có cảm biến Hall 24
Hình 1.15. Nguyên lý của Hall Sensor khi không có từ trường 25
Hình 1.16. Nguyên lý của Hall Sensor khi có từ trường 25
Hình 1.17. Sơ đồ thể hiện sự đảo pha ở 3 đầu dây động cơ 26
Hình 1.18. Chiều của 6 trạng thái đảo pha của BLDC 26
Hình 1.19. Trạng thái của Hall sensor và 3 dây pha của BLDC 27
Hình 2-1 Cơ cấu lái bánh răng- thanh răng 30
Hình 2-2 Cơ cấu lái trục vít con lăn 32
Hình 2-3 Cơ cấu lái trục vít chốt quay 33
Hình 2-4 Cơ cấu lái trục vít - cung răng 34
Hình 2-5 Sơ đồ dẫn động lái 35
Hình 2-6 Dẫn động lái 3 khâu 35
Hình 2-7 Dẫn động lái 6 khâu. 36
Hình 2-8 Sơ đồ tính toán mômen cản quay vòng do tác dụng của lực cản lăn 39
Hình 2-9 Sơ đồ xác định mômen cản quay gây ra do lực ngang 39
Hình2-10 Sơ đồ quay vòng của ôtô 41
Hình 2-11 Sơ đồ quay vòng của ôtô 43
Trang 10
Hình 2-12 Sơ đồ dẫn động lái khi xe đi thẳng 43
Hình 2-13 Sơ đồ dẫn động khi xe quay vòng 44
Hình 2-14 Đồ thị đặc tính động học hình thang lái 48
Hình 2-15 Sơ đồ phân bố lực phanh 55
Hình 2-16 Sơ đồ tính toán 60
Hình 2.17.Cấu trúc bộ nhớ của AVR 64
Hình 2.18. Thanh ghi 8 bit
64
Hình 2.19. Register file 65
Hình 2.20. Cấu trúc bên trong của AVR 67
Hình 2.21. Cấu trúc chân trong PORT của Vi điều khiển AVR 68
Hình 2.22. Thanh ghi DDRA 68
Hình 2.23. Thanh ghi PORTA 68
Hình 2.24. Thanh ghi PINA 69
Hình 2.25. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 8bit 70
Hình 2.26. Sơ đồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 70
Hình 2.27. Thanh ghi TCCR0 71
Hình 2.28. Thanh ghi TCNT0 72
Hình 2.29. Thanh ghi 0CR0 72
Hình 2.30. Thanh ghi mặt nạ ngắt 72
Hình 2.31. Thanh ghi cờ ngắt 72
Hình 2.32. Sơ đồ thời gian của chế độ so sánh 73
Hình 2.33. Sơ đồ chân của ATMEGA 32 74
Hình 2.34. Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 75
Hình 2.35. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cấp cho mạch điều khiển 75
Hình 2.36. Sơ đồ mạch in khối nguồn 76
Hình 2.37. Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển và các header kết nối 77
Hình 2.38. Sơ đồ khối kết nối cảm biến hall và biến trở 77
Hình 2.39. Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động cơ brushless dc 78
Hình 2.40. Sơ đồ mạch in khối điều khiển động cơ 79
Hình 2.41. Sơ đồ nguyên lý khối đảo chiều động cơ 79
Hình 2.42. Sơ đồ mạch in khối đảo chiều động 80
Hình 2.43. Sơ đồ giải thuật điều khiển BLDC 81
Trang 11
Hình 2.44. Sơ đồ khối hệ thống nạp điện 81
Hình 2.45. Máy phát điện 82
Hình 2.46. Các chi tiết của roto 82
Hình 2.47. Stato của máy phát 83
Hình 2.48. Sơ đồ nguyên lí sinh điện 83
Hình 2.49. Sơ đồ nguyên lí dòng điện xoay chiều 3 pha 84
Hình 2.50. Sơ đồ chuyển đổi điện 84
Hình 2.51. Điốt cầu 10A 85
Hình 2.52. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cấp cho mạch điều khiển 85
Hình 2.53. Sơ đồ mạch in khối nguồn 86
Hình 2.54. Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển và các header kết nối 86
Hình 2.55. Sơ đồ nguyên lý khối LCD 87
Hình 2.56. Sơ đồ nguyên lý khối đọc ADC 88
Hình 2.57. Sơ đồ nguyên lý khối điều chế xung PWM 89
Hình 2.58. Sơ đồ mạch in toàn mạch 90
Hình 2.59. Sơ đồ giải thuật nạp điện acquy 91
Hình 3.1. Mô hình hoàn thiện 93
Hình 3.2. Hệ thống lái nhìn từ trước 93
Hình 3.3. Bộ điều khiển đảo chiều BLDC 94
Hình 3.4. Mạch công suất điều khiển BLDC 94
Hình 3.5. Bộ điều khiển nạp điện acquy 95
Hình 3.6. khớp các đăng 95
Hình 3.7. Kiểm tra ắc quy 96
Hình 3.8. Kiểm tra bộ điều khiển 97
Hình 3.9. Kiểm tra hệ thống điện 97
Hình 3.10. Kiểm tra động cơ 98
Trang 12
LỜI NÓI ĐẦU
Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ô tô nói
chung đã từ lâu. Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện tiếp theo là
ô tô lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua. Về mặt
nhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽ
được nâng cao, các loại nhiên liệu khí sẽ được áp dụng rộng rãi trên ô tô, nhiên liệu
khí hydro cho ô tô chưa có triển vọng ứng dụng do công nghệ và giá thành.
Sự phát triển của ô tô sử dụng điện và pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng phát
triển, hoàn thiện các loại động cơ truyền thống và sử dụng các nguồn nhiên liệu sạch
thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng hiện nay để làm giảm ô nhiễm môi trường. Các yếu
tố cần quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng của hệ thống vận chuyển khách
công cộng và giá thành của pin nhiên liệu với các loại nhiên liệu thay thế khác để đạt
cùng mức độ giảm khí thải độc hại.
Theo xu hướng đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ô tô lai là một việc vô
cùng cấp thiết, để giảm mức độ ô nhiễm môi trường ngày càng lớn trên thế giới hiện
nay.
Đề tài ‘‘Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái, hệ thống điều khiển động cơ
brushless DC và nạp điện acquy từ máy phát cho ô tô hybrid nối tiếp ’’ là một đề
tài nhằm mục đích đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn
hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có
hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, góp phần thực hiện
nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước.
Đề tài này có ý nghĩa trong công cuộc đổi mới và sáng tạo để thiết kế hoàn chỉnh
và chế tạo một ô tô sinh thái tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là:
- Nâng cao điều kiện sống của người dân.
- Tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải.
- Tạo ra mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi thế cạnh tranh lớn.
- Tạo ra một nét mới để khẳng định nguồn nhân lực của con người Việt Nam.
Trang 13
Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu về đề tài với sự nỗ lực của bản thân
cùng
với sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô trong nhà trường và các bạn trong lớp,
em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với thời
gian
đúng quy
định. Em xin chân thành
cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, Th.S Vũ Thăng Long và các thầy trong bộ môn
Cơ – điện tử đã tận tình
chỉ bảo, giúp
đỡ
em trong suốt quá trình thực hiện đồ án để
em hoàn thành được đồ
án
này. Em xin cảm ơn tập thể các bạn lớp 51CKCD đã
đóng góp những ý kiến quý
báu
cho đồ
án được hoàn thiện hơn.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn, thiếu kinh
nghiệm thực tế, đồ án thiết kế này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em
rất mong nhận được nhiều hơn nữa ý kiến phê bình của các thầy cô giáo để em hoàn
thiện thêm kiến thức của mình. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Trang 14
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ
VÀ ĐỘNG CƠ BRUSHLESS DC
Trang 15
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1. Ôtô hybrid (ôtô lai)
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được
nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường.
Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới như Toyota,
Honda, đã tung ra thị trường những thế hệ ô tô mới có hiệu suất cao và giảm đáng kể
lượng chất thải gây ô nhiểm môi trường được gọi là “ô tô lai” (Hybrid - Car). Có thể
nói, công nghệ lai là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô
tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái (the ultimate
eco-car).
Tuỳ theo sự phối hợp giữa động cơ nhiệt và động cơ điện mà có ba dạng hệ
thống kết nối sau đây được sử dụng.
Kiểu lai nối tiếp: Động cơ điện truyền lực đến bánh xe, công việc duy nhất của
động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ăc quy hoặc
cung cấp cho động cơ điện . Kiểu lai này được mô tả như ở hình 1- 1.
Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc quy và một sẽ dùng chạy
động cơ điện.
Động cơ điện ở đây có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi
xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.
Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên
giảm được ô nhiễm môi trường, động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối
ưu, phù hợp với các loại ôtô. Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xe chạy đường
dài quá quãng đường đã quy định dùng cho ăcquy. Sơ đồ này có thể không cần hộp số.
Nhược điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm như:
Kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, động cơ đốt
trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc quy nên dễ bị
quá tải.
Trang 16
Hình 1.1 Hệ thống lai nối tiếp.
Kiểu lai song song: Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song.
Cả động cơ nhiệt và mô tơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe với mức độ tuỳ theo
các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là
nguồn năng lượng truyền mômen chính còn môtơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi
tăng tốc hoặc vượt dốc.
Ở hệ thống lai này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơ điện có tính
năng giao hoán lưỡng dụng sẽ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế độ hoạt
động bình thường, ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể khởi
động động cơ đốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy. Kiểu
lai này được mô tả như ở hình 1- 2.
Bánh răng
giảm tốc
Máy phát điện
Động cơ nhiệt
Dòng cơ năng
Dòng điện năng
Bộ chuyển
đổi điện
Ắc quy
Môtơ điện
Bánh xe chủ
động
Trang 17
Hình 1. 2 Hệ thống lai song song.
Ưu điểm: Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng lượng, mức
độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lượng bình ắc quy nhỏ
và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghép nối tiếp và hỗn hợp.
Nhược điểm: Động cơ điện ( máy điện) cũng như bộ phận điều khiển mô tơ điện có kết
cấu phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn kiểu lai
nối tiếp. Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệu không cao.
Kiểu lai hỗn hợp :
Hình 1. 3 Hệ thống lai hỗn hợp.
Động cơ nhiệt
Bánh răng
giảm tốc
Bộ
phân chia
công suất
Bánh xe
chủ động
Môtơ điện
Bộ chuyển
đổi điện
Ắc quy
Dòng cơ năng
Dòng điện năng
Bánh răng
giảm tốc
Động cơ nhiệt
Cơ cấu
truy
ề
n đ
ộ
ng
Bộ chuyển
đổi điện
Môtơ điện
Ắc quy
Dòng cơ năng
Dòng điện năng
Bánh xe chủ
động
Trang 18
Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối đa
các lợi ích được sinh ra. Hệ thống lai nối tiếp này có một bộ phận gọi là "thiết bị phân
chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơ nhiệt và
động cơ điện đến các bánh xe chủ động. Tuy nhiên xe có thể chạy êm dịu chỉ với một
mình động cơ điện. Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo xe hybrid. Kiểu lai
này được mô tả như ở hình 1 - 3.
1.2. Hệ thống lái trên xe ô tô
Hệ thống lái trên ô tô ngày nay rất đa dạng và phong phú về nguyên lí cũng như
kết cấu, tuy nhiên về cơ bản chúng có 4 bộ phận chính sau đây : vành lái, cơ cấu lái,
trục lái, dẫn động lái.
Hình 1-4 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái
Hình 1-5 Cách bố trí trục lái trên xe
Trang 19
1.2.1 Vành tay lái
Vành tay lái (Volant) là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận mô
men quay của người lái và truyền cho trục lái. Vành tay lái có cấu tạo tương đối giống
nhau trên các loại xe ô tô, nó bao gồm một vành hình tròn lõi bằng thép bên ngoài
được bọc bằng vật liệu nhựa hoạc da, được lắp ghép với trục lái bằng then hoa, ren và
đai ốc. Bên trong vành lái thông thường có bố trí ba nan hoa. Ngoài chức năng chính
như trên vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận bắt buộc phải có khác của ô tô
như công tắc còi, công tắc signal, túi khí bảo vệ người lái khi xẩy ra sự cố như tai
nạn…v…v…
Mặc dù trên hầu hết các hệ thống lái ngày nay đều được trang bị bộ trợ lực lái
nhưng vành lái cũng cần phải đủ vững chắc để có thể truyền được mô men yêu cầu
lớn nhất kể cả khi bộ trợ lực bị hư hỏng. Ngoài ra vành lái cũng cân phải đảm bảo
tính thẩm mỹ
Hình 1-6 Vành tay lái
1.2.2 Trục lái
Trục lái bao gồm trục lái chính làm nhiệm vụ truyền mô men quay từ vành lái đến hộp số
lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái vào thân xe. Đầu trên của trục lái chính được làm thon
và sẻ răng cưa và vành lái được siết chặt vào trục lái bằng đai ốc. Đầu dưới của trục lái chính
nối với cơ cấu lái bằng khớp nối mềm hoặc khớp các đăng để giảm thiểu việc truyền chấn động
từ mặt đường lên vành tay lái. Ngoài chức năng truyền mô men quay từ vành lái xuống hộp số
lái trục lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ô tô như: Cần điều khiển hệ thống đèn, cần
điều khiển hệ thống gạt nước, cơ cấu nghiêng tay lái, cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu khoá tay lái,
Trang 20
cơ cấu trượt tay lái…. Các cơ cấu này giúp cho người điều khiển thoải mái khi di chuyển ra vào
ghế lái và có thể điều chỉnh vị trí tay lái cho phù hợp với khổ người .
Trục lái cần phải đảm bảo đủ cứng để truyền mô men điều khiển nhưng lại phải đảm
bảo giảm rung động trong hệ thống lái, không gây rung, ồn trong buồng điều khiển cơ cấu
điều khiển hệ thống lái cần có kết cấu gọn, bố trí hợp lí, đồng thời có khả năng đàn hồi tốt
theo phương dọc xe để hạn chế tổn thương có thể xẩy ra khi gặp tai nạn. Hiện nay kết cấu
trục lái rất đa dạng, đa số các xe sử dụng loại trục gẫy được cấu tạo từ các trục có các khớp
các đăng nối trục
Hình 1-7 Trục lái
1.2.3. Cơ cấu trượt, nghiêng tay lái điều khiển điện.
Cơ cấu điều khiển điện cho phép trượt và nghiêng tay lái. Cơ cấu này cho phép
người lái lựa chọn vị trí vành lái để thích hợp với vị trí ngồi của người lái xe. Điều
này rất quan trọng vì trong quá trình lái xe thời gian dài người lái sẽ rất mệt mỏi, một
Trang 21
cơ cấu lái tạo cho người lái sự thoải mái sẽ làm giảm bớt sự mệt mỏi và làm giảm
nguy cơ xảy ra tai nạn trên đường.
Hình 1-8. Cơ cấu nghiêng, trượt tay lái
1.2.4. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái có chức năng biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động
thẳng dẫn đến các đòn kéo dẫn hướng.
Cơ cấu lái sử dụng trên các xe ô tô hiện nay rất đa dạng tuy nhiên để đảm bảo
thực hiện tốt được chức năng trên thì chúng phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
+Tỉ số truyền của cơ cấu lái phải đảm bảo phù hợp với từng loại ô tô.
+Có kết cấu đơn giản, tuổi thị cao và giá thành thấp, dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh.
+Hiệu suất truyền động thuận và nghịch sai lệch không lớn.
+Độ rơ của cơ cấu lái phải nhỏ.
1.2.5. Cơ cấu dẫn động lái
Cơ cấu dẫn động lái có chức năng truyền chuyển động điều khiển từ hộp cơ cấu
lái đến hai ngõng quay của hai bánh xe. Bảo đảm mối quan hệ cần thiết về góc quay
của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện quay vòng. Mối quan hệ
cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo bằng kết cấu của
hình thang lái.
Trang 22
Hình 1-9. Bố trí đòn dẫn động lái
1.3. Động cơ brushless DC
1.3.1. Khái niệm, đặc điểm
- Động cơ Brushless DC (BLDC) đang được sử dụng ngày càng nhiều.Vì những
ưu điểm nổi bật của động cơ BLDC, tỉ số: trọng lượng/kích thước tốt, có hiệu quả gia
tốc cao, đòi hỏi ít hoặc không có bảo trì và tạo ra ít tiếng ồn hơn các động cơ brushed
DC phổ biến.
- Động cơ BLDC là “động cơ một chiều không chổi than” nhưng nó thuộc nhóm
động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chứ không phải là động cơ một chiều.
- Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là nhóm động cơ xoay chiều đồng bộ (tức
là rotor quay cùng tốc độ với từ trường quay) có phần cảm là nam châm vĩnh cửu.
- Dựa vào dạng sóng của sức phản điện động trên stator ta có thể chia thành 2
loại:
Trang 23
+ Động cơ (sóng) hình sin
+ Động cơ (sóng) hình thang
- Động cơ BLDC loại động cơ sóng hình thang, những động cơ khác là động cơ
sóng hình sin (PM – Permanent magnet Motor). Chính sức phản điện động có dạng
hình thang này là yếu để xác định một động cơ BLDC chứ không phải các yếu tố
khác như Hall sensor, bộ chuyển mạch điện tử (Electronic Commutator), .v.v.
Hình 1.10. Sức phản điện động dạng hình thang
1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ Brushless DC Mortor
Cấu tạo :
Động cơ BLDC hiện nay có hai loại:
- Động cơ BLDC không có sensor (Hall sensor) gọi là sensorless BLDC
- Động cơ BLDC có sensor (Hall sensor) gọi là “sensor BLDC”
a. Cấu tạo động cơ sensorless BLDC:
Hình 1.11. Mặt cắt bằng của một BLDC
Trang 24
- Stator: bao gồm các lõi sắt (các lá thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau)
và dây quấn.Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây động cơ xoay chiều
3 pha thông thường, sự khác biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang.
Hình 1.12. Stator động cơ BLDC
- Rotor: Gồm các cặp nam châm gắn cách đều nhau
Hình 1.13. Rotor động cơ BLDC
b. Cấu tạo động cơ sensor BLDC:
- Cấu tạo của sensor BLDC cũng giống như sensorless đã trình bày ở trên nhưng
phần stator có thêm 3 sensor (Hall sensor)
Hình 1.14. Động cơ brushless có cảm biến Hall
Trang 25
- Nguyên lý của Hall sensor :
+ Hall sensor dùng để xác định vị trí các cuộn dây trong động cơ
+ Khi không có từ trường thì điện áp V = 0 và khi có từ trường thì V= V
H
+ Và được tính theo công thức V
H
= B.I
Hall sensor có 2 loại là analog và digital thì trong BLDC thường dùng digital sensor
Hình 1.15. Nguyên lý của Hall Sensor khi không có từ trường
Hình 1.16. Nguyên lý của Hall Sensor khi có từ trường
Trang 26
Nguyên lý đảo pha các cuộn dây của BLDC
Hình 1.17. Sơ đồ thể hiện sự đảo pha ở 3 đầu dây động cơ
c. Điều khiển động cơ BLDC
- Nguyên lý điều khiển động cơ BLDC là đảo pha ở 3 đầu dây động cơ theo 6
trạng thái đảo pha đã nêu ở trên thì sẽ điều khiển được động cơ. Ta dùng PWM mode
(Pulse Width Measurement mode) để điều khiển tốc độ của động cơ BLDC
Hình 1.18. Chiều của 6 trạng thái đảo pha của BLDC
