nghiên cứu hệ thống trợ lực låi điện tử trên ô tô (hệ thống trợ lực lái điện)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.27 MB, 98 trang )
BỘ GI•O DỤC Vƒ ĐƒO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA C‹NG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHI•N CỨU HỆ THỐNG TRỢ LỰC
L•I ĐIỆN TỬ TR•N ‹T‹
(HỆ THỐNG TRỢ LỰC L•I ĐIỆN)
C•N BỘ HƯỚNG DẪN
SINH VI•N THỰC HIỆN
Nguyễn Nhựt Duy
Nguyễn Thế Vinh (MSSV:1097279)
Ng€nh: Cơ kh‚ giao thƒng – Kh…a: 35
Thšng 4/2013
Lời cảm ơn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
********
Cần Thơ, ngày 14 tháng 1 năm 2013
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Học kỳ: II (Năm học: 2012- 2013)
1. Tên đề tài thực hiện: Nghiên cứu hệ thống trợ lực lái điện tử trên ôtô
2. Họ tên cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Nhựt Duy
3. Họ tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Vinh 1092279
4. Đặt vấn đề:
Ngày nay, ngành ôtô đóng vai trò chủ đại trong chiến lược phát trển kinh tế
của các quốc gia phát triển và đang phát triển. Các doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực
này đã đưa ra nhiều nghiêng cứu công nghệ mới nhầm tối ưu hóa chiếc ôtô mà họ
sản xuất ra. Xã hội ngày càng phát triển cũng đặt ra nhiều yêu cầu mới trong lĩnh
vực phát triển ôtô. Ôtô cần phải có chất lượng tốt hơn, độ an toàn cao hơn, công
suất cao hơn.
Cho nên trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhà nước
ta chủ trương đẩy mạnh nghành công nghiệp ô tô và đã có 14 liên doanh ôtô Việt
Nam hoạt động và đã đưa ra thị trường nhiều loại xe có chất lượng cao. ứng dụng
các tiến bộ khoa học và công nghệ tiên tiến. Trong đó hệ thống lái ôtô là một ví dụ.
5. Mục đích yêu cầu :
Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt
đường nhỏ.Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng phải tự động quay về
trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động
thẳng chỉ cần tác động lên vành tay lái một lực nhỏ hơn lực tác động khi lái xe vào
đường vòng. Đối với hệ thống lái có trợ lực, phải cho phép điều khiển được xe khi
hệ thống trợ lực có sự cố.
Một số nước còn quy định một số yêu cầu cụ thể khác đối với hệ thống lái
của ôtô:
Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vành tay lái
không được quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong
về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35 độ. Ở vị trí biên cần phải có vấu tỳ hạn
chế quay của bánh xe. Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với
tốc độ 10km/h, lực đặt lên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N. Đảm bảo khả
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
1
Lời cảm ơn.
năng bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người sử dụng khi va đập chính
diện.
Với những yêu cầu trên của hệ thống lái thì cac1 hệ thống lái thông dụng đã
phần lớn đáp ứng được những yêu cầu trên.
6. Địa điểm , thời gian thực hiện : Phòng thí nghiệm Ôtô-máy kéo, Khoa Công
nghệ.
7. Giới thiệu trung về thực trạng có liên quan tới vấn đề trong đề tài: Do ngày
nay xã hội càng phát triển con người còn có những phương tiện đạt yêu cầu công
nghệ cao. Ít tốn công sức khi vận hành xe, làm cho người lái thấy thoải máy nên
hãng Toyota đã và đang phát triển hệ thống trợ lực lái trên ôtô hiện đại.
8. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài :
Dàn ý:
Luận văn gồm 6 chương
Chương I
Mở đầu.
1.1. Lý do chọn đề tài
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1.3. Giới hạn đề tài
1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.5. Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiễn
1.6. Bố cục của đồ án
Chương II
Động lực học quay vòng ôtô.
2.1. Quá trình quay vòng ôtô
2.2. Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng
2.3. Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô quay vòng
2.4. Xét sự quay vòng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp
2.5. Các trường hợp quay vòng
2.6. Ổn định khi quay vòng
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
2
Lời cảm ơn.
Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống lái.
3.1. Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô
3.2. Điều kiện không trượt quay vòng
3.3. Hình học lái
3.3.1. Góc camber (góc doing bánh xe)
3.3.2. Góc nghiêng dọc của chốt chuyển hướng hay trục xoay(caster)
3.3.3. Góc nghiêng ngang của trục chuyển hướng
3.3.4. Độ chụm-bẹt đầu xe( toe im-toe out)
3.3.5. Góc tổng hợp
3.4. Trợ lực lái
3.4.1. Yêu cầu hệ thống trợ lực
3.5. Các hệ thống trợ lực lái trên ôtô
3.5.1. Hệ thống lái trơ lực thủy lực
3.5.2. Hệ thống lái trợ lực thủy lực – điện
3.5.3.Hệ thống lái trợ lực môtơ điện
Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái.
4.1. Yêu cầu của hệ thống lái
4.2. Lực cản quay vòng
4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi quay vòng
4.3.1. Tốc độ chuyển động
4.3.2. Trọng lực thẳng đứng tác dụng lên cầu xe dẫn hướng
4.3.3. Hệ số bám φ
Chương V
Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử.
5.1. Khái niệm chung về hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
5.2. Phân tích các hệ thống trợ lực lái
5.3. Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
3
Lời cảm ơn.
5.3.1. Van xoay phân phối
5.3.2. Bơm thủy lực
5.3.3. Hệ thống cảm biến lái trợ lực điện tử
5.3.3.1. Bộ cảm biến lái
5.3.3.2 .Bộ cảm biến tốc độ xe (vehiche speed sensor)
5.3.3.3. Bộ cảm biến góc bánh lái (steering wheel rotion sensor)
5.3.4. Hộp số lái
5.4. Hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS
5.5. Những ưu điểm của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS
5.6. Hệ thống trợ lực điện ( EPS )
5.6.1. Giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện(EPS)
5.6.2. Nguyên lý hoạt động hệ thống EPS
5.6.3. Các dạng bố trí trợ lực lái
5.6.2.1. Bộ trợ lực lái trên thanh răng (Campry, Lexus)
5.6.3.2. Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái
Chương VI Đặc điểm bảo dưỡng, sửa chữa trợ lực lái điện.
6.1. Qui trình sử lý sự cố
6.2. Chuẩn hóa cho cảm biến momen
6.3. Tháo lắp bộ điều khiển điện tử EPS
6.4. Một số hư hỏng biện pháp khắc phục
Chương VII Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái.
7.1
Giới thiệu và trình bài nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS
7.2
Xây dựng và xây dựng lưu đồ thuật toán
7.3
Xây dựng phần cứng tương ứng
Chương VIII Kết luận và kiến nghị.
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
4
Lời cảm ơn.
9. Kế hoạch thực hiện
STT
Thời gian
3
14/1/201321/1/2013
Đề cương
4
21/1/201328/1/2013
Chương I : Mở đầu
5
28/1/20134/2/2013
6,7
8
9
10
11
12
13
14,15
4/2/201318/2/2013
18/2/201325/2/2013
25/2/201304/3/2013
04/3/201311/3/2013
11/3/201318/3/2013
18/3/201325/3/2013
Nội dung
Chương II
Động lực học quay vòng ôtô
Nghỉ tết
Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống
Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống
Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống
lái
Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử
Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử
Chương VI Đặc điểm bảo dưỡng, sửa chữa phần trợ lực lái
điện
25/3/20131/4/2013
Chương VII Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
1/4/201315/4/2013
Hoàn tất, chỉnh sửa
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
Chương VIII Kết luận và kiến nghị
5
Lời cảm ơn.
16,17
15/4/201327/4/2013
Báo cáo thử in ấn rồi nộp
SINH VIÊN THỰC HIỆN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
DUYỆT CỦA BỘ MÔN
DUYỆT CỦA HĐ LV&TNLV
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
6
Lời cảm ơn.
LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình học tập tại trường Đại học Cần Thơ, em đã học được rất nhiều
kiến thức quý báu không chỉ trong chuyên ngành của mình mà còn từ những lĩnh
vực khác.
Em xin cam ơn tất cả các thầy trong khoa công nghệ nói chung và bộ môn kỹ
thuật cơ khí nói riêng đã giúp cho em có các kiến thức quí báo về ôtô.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Nhựt Duy đã hướng dẫn tận
tình, sửa chữa những sai sót, những mặt hạn chế và còn thiếu sót của em trong suốt
thời gian nghiên cứu đề tài tốt nghiệp này.
Sau cùng em xin kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, công tác tốt.
Xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày …tháng … năm 2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thế Vinh
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
7
Tóm tắt đề tài.
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Mục tiêu:
-
Nắm vững kiến thức về đặc tính của hệ thống trợ lực trợ lái
- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống trợ lực lái điện trên ôtô
hiện đại
-
Phân tích ưu nhược điểm cả các hệ thống trợ lực lái điện tử
-
Tìm hiểu cách khắc phục sự cố hư hổng của trợ lực lái điện tử
-
Phân tích hiệu quả của việc sử dụng hệ thống trợ lực lái
Phương pháp nghiên cứu:
-
Thu thập các tài liệu từ các hội thảo, hội nghị trong nước và quốc tế.
-
Tham khảo các nghiên cứu, báo cáo có liên quan.
-
Sử dụng các tư liệu, sách chuyên ngành cơ khí.
-
Tra cứu tài liệu từ các bài báo, tạp chí trên Internet.
Nội dung báo cáo:
-
Chương 1. Mở đầu
-
Chương 2. Động lực học quay vòng
-
Chương 3. Phân tích thông số trong hệ thống lái
-
Chương 4. Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái
-
Chương 5. Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử
-
Chương 6. Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện
-
Chương 7. Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
-
Chương 8. Kết luận và kiến nghị
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
8
Lời nói đầu.
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay giao thông ở nước ta giữ một vai trò rất quan trọng trong sự phát
triển của nền kinh tế và đời sống xã hội, mà ôtô là một phương tiện giao thông phổ
biến nhất.
Trong những năm gần đây nghành vận tải ôtô phát triển với tốc độ cao, nhiều
kiểu dáng mẫu mã hợp thị hiếu khách hàng. Ở Việt Nam xe hơi đã bắt đầu được sử
dụng rộng dãi. Tuy nhiên nhu cầu đi lại của con người vẫn chưa được thỏa mãn. Do
vậy các hãng sản xuất xe không ngừng cải tiến, ứng dụng đưa những thành tựu khoa
học kĩ thuật và nghành thiết kế và chế tạo ôtô nhằm làm tăng công suất, tốc độ và
giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải…Những cải tiến trên là
nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người và những quy định khắt khe về
ô nhiễm môi trường.
Với tốc độ giao thông như hiện nay thì việc đảm bảo an toàn cho con người
là điều rất quan trọng vì vậy đòi hỏi các ôtô phải có hệ thống điều khiển đáng tin
cậy và an toàn.
Với mục đích làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, củng cố mở rộng
thêm kiến thức chuyên môn. Em đã được giao đề tài: “ Phân tích hệ thống trợ lực
lái điều khiển điện tử trên xe du lịch đời mới.”
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
9
Mục Lục
MỤC LỤC
Lời cảm ơn. ...............................................................................................................1
Tóm tắt đề tài ............................................................................................................2
Lời nói đầu ................................................................................................................3
Chương 1. Mở đầu.....................................................................................................4
1.1 Lý do chọn đề tài ............................................................................................4
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài................................................................................ 4
1.3 Giới hạn đề tài .......................................................................................................... 5
1.4 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................... 5
1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiển.. .............................................................. 5
1.6 Bố cục của đồ án....................................................................................................... 6
Chương 2. Động lực học quay vòng của ôtô……………………………………………….7
2.1 Quá trình quay vòng ôtô........................................................................................... 7
2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng ........................................... 9
2.3 Các lực tác dụng lên ôtô khi ôtô quay vòng.............................................................. 10
2.4 Xét sự quay vòng của bánh xe khi tính đến sự biến dạng của lốp.............................. 11
2.5 Các trường hợp quay vòng ....................................................................................... 11
2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính .................................................................... 11
2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu............................................................................ 12
2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa ............................................................................. 13
2.6 Ổn định khi quay vòng............................................................................................. 13
Chương 3. Phân tích các thông số trong hệ thống lái............................................................ 16
3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô ............................................................................. 16
3.2 Điều kiện quay vòng không trượt ............................................................................. 17
3.3 Hình học lái ............................................................................................................. 19
3.3.1 Góc camber............................................................................................19
3.3.2 Góc nghiêng dọc .............................................................................................. 21
3.3.3 Góc nghiêng ngang của trục chuyển hướng ..................................................... 23
3.3.4 Độ chụm bẹt đầu xe......................................................................................... 24
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
10
Mục Lục
3.3.5 Góc tổng hợp................................................................................................... 24
3.3.6 Bán kính trục quay xe...................................................................................... 24
3.4 Trợ lực lái................................................................................................................. 25
3.4.1 Yêu cầu hệ thống trợ lực ................................................................................. 25
3.5 Các hệ thống trợ lực lái trên ôtô. ............................................................................... 27
3.5.1 Hệ thống thủy lực. ........................................................................................... 27
3.5.2 Hệ thống trợ lực lái thủy lực – điện. ................................................................ 29
3.5.3 Hệ thống trợ lực lái môtơ điện.......................................................................... 29
Chương 4. Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái.................................................. 32
4.1 Yêu cầu của hệ thống lái .......................................................................................... 32
4.2 Lực cản khi quay vòng............................................................................................. 33
4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi quay vòng..................................................... 37
4.3.1 Tốc độ chuyển động ......................................................................................... 37
4.3.2 Trọng lực thẳng đứng tác dụng lên cầu xe dẫn hướng....................................... 42
4.3.3 Hệ số bám φ ...........................................................................................43
Chương 5 Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử.........................................................46
5.1 Khái niệm chung về hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử............................46
5.2 Phân loại các hệ thống trợ lực lái ............................................................................. 46
5.3 Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử............................................ 49
5.3.1 Van xoay phân phối ......................................................................................... 49
5.3.2 Bơm thủy lực................................................................................................... 50
5.3.3 Hệ thống cảm biến lái trợ lực điện tửu.............................................................. 54
5.3.3.1 Bộ cảm biến lái .......................................................................................... 54
5.3.3.2 Cảm biến tốc độ xe VSS............................................................................. 57
5.3.3.3 Cảm biến tốc độ góc bánh lái SWRS. ......................................................... 57
5.3.4 Hộp số lái........................................................................................................ 57
5.4 Hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS ..................................................... 60
5.5 Những ưu điểm của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS ............................................. 62
5.6 Hệ thống trợ lực lái điện EPS................................................................................... 66
5.6.1 Giới thiệu về hệ thống trợ lực lái điện EPS....................................................... 66
5.6.2 Các dạng bố trí trợ lực lái . ............................................................................... 69
5.6.2.1 Bộ trợ lực lái trên thanh răng ( Campru, Lexus ).. ....................................... 69
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
11
Mục Lục
5.6.2.2 Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái .................................................................... 73
Chương 6. Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện.. ..................................... 75
6.1 Qui trình xử lý sự cố.. .............................................................................................. 75
6.2 Chuẩn hóa cho cảm biến mômen.............................................................................. 76
6.2.1 Chuẩn “ không ” cho cảm biến mô men bằng thiết bị thử thông minh.............. 76
6.2.2 Chuẩn “ không ” cho cảm biến mômen bằng thiết bị thử cầm tay STT............. 76
6.3 Tháo lắp bộ điều khiển điện tử ECU. ...................................................................... 77
6.3.1 Tháo.............................................................................................................. 77
6.3.2 Lắp ................................................................................................................ 78
Chương 7. Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái........................................................... 82
7.1 Giới thiệu và trình bài nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS.................... 79
7.2 Xây dựng và giải thích lưu đồ thuật toán.................................................................. 79
7.3 Xây dựng phần cứng tương ứng ............................................................................... 84
Chương 8. Kết luận và kiến nghị ........................................................................................ 86
8.1 Kết luận ................................................................................................................... 86
8.2 Kiến nghị ................................................................................................................. 87
Tài liệu tham khảo............................................................................................................... 88
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
12
6.4
Chương 1: Mở đầu.
CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài:
Ngày nay, ngành ôtô đóng vai trò chủ đạo trong chiến lược phát trển kinh tế
của các quốc gia phát triển và đang phát triển. Các doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực
này đã đưa ra nhiều nghiên cứu công nghệ mới nhầm tối ưu hóa chiếc ôtô mà họ sản
xuất ra. Xã hội ngày càng phát triển cũng đặt ra nhiều yêu cầu mới trong lĩnh vực
phát triển ôtô. Ôtô cần phải có chất lượng tốt hơn, độ an toàn cao hơn, công suất cao
hơn.
Cho nên trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhà nước
ta chủ trương đẩy mạnh nghành công nghiệp ôtô, đã có 14 liên doanh ôtô Việt Nam
hoạt động và đã đưa ra thị trường nhiều loại xe có chất lượng cao. Ứng dụng các
tiến bộ khoa học và công nghệ tiên tiến. Trong đó hệ thống lái ôtô là một ví dụ.
Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ôtô, đảm bảo
tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển
động và quỹ đạo chuyển động của ôtô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó
người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó. Xuất phát
từ những yêu cầu và đặc điểm đó.
Đây là một lĩnh vực khá mới mẻ, phức tạp đòi hỏi các kiến thức về điện tử tin học, cơ điện tử và chưa có nhiều tài liệu tham khảo.
Cho nên em chọn đề tài nghiên cứu về hệ thống trợ lực lái điện để tìm hiểu
sâu hơn về hệ thống trợ lực lái điện.
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:
Mục tiêu của đề tài :
Mục tiêu tổng quát : Hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử
Mục tiêu cụ thể :
- Phân tích các thông số và động lực học quay vòng
- Phân tích trợ lực lái điện tử
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
13
Chương 1: Mở đầu.
Nhiệm vụ của đề tài:
Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt
đường nhỏ.
Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng phải tự động quay về trạng
thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng
chỉ cần tác động lên vành lái ôtô lực nhỏ hơn lực tác động khi láo xe vào đường
vòng.
Đối với hệ thống lái có trợ lực, phải cho phép điều khiển được xe khi hệ
thống trợ lực có sự cố.
Một số nước còn qui định một số yêu cầu cụ thể khác đối với hệ thống lái
của ôtô:
- Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vành tay láo
không được quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong
về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35 độ.
- Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ
10km/h, lực đặt trên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N.
- Đảm bảo khả năng bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người sử
dụng khi bị va đập chính diện.
1.3 Giới hạn đề tài.
Hệ thống trợ lực lái điện tử trên xe ôtô TOYOTA
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Tìm hiểu kết cấu chính của hệ thống lái trợ lực điện.
Kiểm nghiệm kết cấu trợ lực điện.
1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiễn.
- Điểm mới của luận văn:
Hệ thống điện EPS (Electric Power Steering) bố trí: giữa vành lái với hộp số
truyền một bộ cảm biến 4 (góc quay và mô men trên vành lái), giữa hộp số truyền
và cơ cấu lái bố trí cảm biến mô men cản bánh xe dẫn hướng đặt lên CCL.
Chương trình điều khiển môtơ DC bao hàm các trạng thái cụ thể của kết cấu
theo các tiêu chí: tốc độ ôtô, đặc tính quay vòng tĩnh của ôtô, đặc tính quay vòng
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
14
Chương 1: Mở đầu.
động của ôtô, các trạng thái nguy hiểm, mức độ trợ lực, giảm chấn của hệ thống, các
chức năng chẩn đoán và các thông tin tổng quát chung của xe (CAN).
Như vậy hệ thống EPS có khả năng xử lý rộng rãi nhiều thông tin liên quan
tới khả năng quay vòng của ôtô, hoàn thiện chất lượng điều khiển và quay vòng, và
đặc biệt là sự làm việc của EPS không phụ thuộc vào tốc độ làm việc của động cơ
đốt trong.
- Giá trị thực tiễn:
Không gây tổn hao công suất động cơ thường xuyên, trợ lực điện chỉ đòi hỏi
năng lượng cần thiết khi quay vôlăng. Xe được trang bị hệ thống này tiết kiệm được
3% nhiên liệu so với xe dùng trợ lực dầu.
Trợ lực điện có giá thành hạ, cấu tạo đơn giản: môtơ, bánh răng và một vài
cảm biến. Kết cấu gọn nhẹ này có thể dễ dàng đặt dưới capô bất kỳ xe nào. Trong
trường hợp trợ lực điện bị hỏng, lực xoay vô lăng chỉ như xe không trợ lực lái, chứ
không quá nặng như trường hợp hỏng trợ lực dầu.
Ưu điểm lớn nhất của trợ lực điện là đảm bảo được sự chính xác và nhẹ
nhàng của tay lái. Ví dụ như xe Fiat Punto, hệ thống này có 2 chế độ làm việc, ở chế
độ "Thành phố" nó hoạt động tối đa để giúp tài xế cơ động với tốc độ thấp hay khi
đỗ xe. Với chế độ "Bình thường", trợ lực sẽ giảm xuống mức tối thiểu nhằm đảm
bảo độ chính xác và cảm nhận tốt nhất cho người lái. Chỉ với một nút bấm, người ta
có thể dễ dàng chuyển đổi qua lại giữa 2 chế độ. Nếu tài xế để quên chế độ "Thành
phố" khi chạy trên xa lộ, thiết bị điện tử sẽ tự động chuyển sang chế độ "Bình
thường" khi tốc độ xe vượt quá 70 km/h, sau một thời gian nhất định.
Trên ôtô, nhiều thiết bị trước đây được coi là xa xỉ như compac disc, kính
điện, sưởi gương... bây giờ đã là tiêu chuẩn của các xe thông thường. Trong tương
lai gần, cơ cấu hỗ trợ tay lái bằng thủy lực sẽ phải nhường chỗ cho trợ lực điện, vì
sự ưu việt của hệ thống này là không thể phủ nhận.
1.6 Bố cục của đồ án
Luận văn gồm 8 chương:
Chương I
Mở đầu
Chương II
Động lực học quay vòng ôtô
Chương III
Phân tích các thông số trong hệ thống lái
Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái
Chương V
Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử
Chương VI Đặc điểm bảo dưỡng, sửa chữa phần trợ lực lái điện
Chương VII Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
Chương VIII Kết luận và kiến nghị.
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
15
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
CHƯƠNG II
ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG CỦA ÔTÔ
2.1 Quá trình quay vòng ôtô
Để thực hiện quay vòng ôtô và máy
kéo bánh xe, người ta có thể sử dụng một
trong các biện pháp sau:
j
tA
c
v
b
j x c jcdA j ato A
jy
j da
a
v
v
θ2
θ
R
Biện pháp thứ hai: truyền những
mômen quay có các trị số khác nhau tới
các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải
và bên trái, đồng thời sử dụng thêm phanh
để hãm các bánh xe phía trong so với tâm
quay vòng khi cần quay vòng ngoặt. Biện
pháp này thường được sử dụng ở những
chủng loại máy kéo bánh xe cỡ lớn với các
bánh đều là chủ động.
Biện pháp thứ ba: kết hợp cả hai
biện pháp nói trên và quay vòng phần
khung phía trước. Biện pháp này thường
sử dụng ở loại máy kéo bánh xe có khung
rời.
v
B
Biện pháp thứ nhất : quay vòng các
bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay
vòng đồng thời cả các bánh dẫn hướng
phía trước và phía sau.
L
θ1
Hình 2.1 Quá trình quay vòng ô tô
Trên Hình 2.1 biểu thị động học quay vòng của ôtô và máy kéo bánh xe có
hai bánh dẫn hướng phía trước. Khi xe vào đường vòng , để đảm bảo các bánh xe
dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véctơ
vận tốc chuyển động của tất
cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm
đó chính là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O trên Hình 2.1)
Từ sơ đồ trên Hình 2.1, ta rút ra được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc
quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt khi xe
vào đường vòng:
Ở đây:
cot gθ 1 - cot gθ 2 =
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
B
L
16
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
θ 1 và θ 2 - góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so
với tâm quay vòng của xe;
B – khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng.
L – chiều dài cơ sở của xe.
Với biểu thức (2-1) ta có thể xây dựng đường cong lý thuyết θ1 = f (θ 2 )
θ 1o
Lý thuyết
30
25
Thực tế
20
15
10
5
0
5
15
25
35
45
θ 2o
(Hình 2.2).
Hình 2.2 Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối quan hệ giữa các góc quay vòng
của hai bánh xe dẫn hướng
Như vậy, về phương diện lý thuyết để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng
lăn tinh (không bị trượt) khi xe vào đường vòng thì hiệu cotg của các góc quay vòng
bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong, phải luôn luôn bằng hằng số B/L.
Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ động học quay vòng giữa các
bánh xe dẫn hướng, trên các ôtô-máy kéo bánh xe hiện nay người ta thường phải sử
dụng một hệ thống các khâu khớp tạo nên hình thang lái.
Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhưng không đảm bảo được mối quan
hệ chính xác giữa những góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng như nêu trong
biểu thức (2-1). Mức độ sai khác này phụ thuộc vào việc chọn lựa kích thước của
các khâu tạo nên hình thang lái.
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
17
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng
Trong quá trình chuyển động của ôtô, bánh dẫn hướng chịu tác dụng các lực
như sau:
Hình 2.3 Các lực tác dụng
nghiệm
Hình 2.4
Đồ thị khảo
Tải trọng thẳng đứng G1
Lực cản lăn Pf = G1 .f
Lực đẩy P = -Pf
Khi xe quay vòng, lực đẩy của xe lúc này là P’.
P’f = P’.cos θ
Y = P’.sin θ
f: hệ số cản lăn và hệ số bám ngang
Để xe chuyển hướng được ổn định thì góc chuyển hướng θ lớn hay bé phụ
thuộc vào chất lượng của mặt đường, biểu thị qua hệ số bám ngang φ n của bánh xe
dẫn hướng với mặt đường cũng như hệ số cản lăn f của bánh xe với mặt đường.
Khảo sát thực tế, ta thu được mối quan hệ giữa θ , φ n , f , biểu thị như ở đồ thị bên.
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
18
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
Qua đồ thị bên ta thấy, nếu góc dẫn hướng trong thực tế lớn hơn so với tính toán thì
bánh xe dẫn hướng chỉ bị trượt ngang chứ không lăn theo hướng chuyển động khi
quay vòng.
2.3 Các lực tác dụng lên ôtô khi ôtô quay vòng
Khi ô tô chuyển động trên đường cong có bán kính qua trọng tâm xe là sẽ
tạo ra lực ly tâm Plt . và lực ly tâm này sẽ có thành phần Py vuông góc với khung xe
và gây mất ổn định cho xe khi quay vòng.
Jy : gia tốc hướng tâm.
Hình 2.5 Các lực tác dụng khi ô tô quay vòng
Jv : gia tốc pháp tuyến.
Khi đó ta có công thức.
Plt =
G
.Jy
g
Py = Plt . cos α
Py =
≈P
lt
( α : góc quay xe)
G
.Jy
g
Jy = Jv .cos α + Jt .sin α
′ VR = VL.θ => α ′= VL.θ + V L′.θ
V .θ
J = ρ .α ′
=ρ .
L
α =
2
v
2
2
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
19
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
′
Jt= ρ .α = ρ . (
′
V .θ V .θ
+
)
L
L
b
f
R
L
Cos α = =
s ρ .θ
Sin α =
′
V 2 .θ 2 L
V .θ V .θ b
Jy= ρ . 2 .
+ ρ .(
+
).
L ρ .θ
L
L f
Py=
′
′
G
G
.J y =
.(V 2 .θ + b.θ .V + b.V .θ )
g
ρ .θ
Qua biểu thức trên ta thấy rằng khi đi vào đường vòng, để giảm Py thì ta phải
giảm tốc độ V.
2.4 Xét sự quay vòng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp
Hình 2.6 Sự quay vòng của xe có lốp đàn hồi
Khi xe chuyển động quay vòng, thành phần lực ngang Py và do sự đàn hồi
của lốp, thì sự quay vòng sẽ làm lốp bị biến dạng.
δ 1 : là góc biến dạng bánh xe cầu trước
δ 2 : là góc biến dạng bánh xe cầu sau
Ot: tâm quay vòng tức thời khi có biến dạng.
Rd: bán kính quay vòng tức thời
L=BC+AC=Ot.C.tg δ 2 +Ot.C.tg( θ - δ 1 )=Rd.tg δ 2 +Rd.tg( θ - δ2 )
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
20
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
Rd =
L
,
tgδ 2 + tg (θ - δ 1 )
Vậy Rd=
Vì δ 1 , δ 2 , θ bé nên tg δ 2
≈δ
1
L
θ + (δ 2 - δ 1 )
2.5 Các trường hợp quay vòng
2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính. δ 1 = δ 2 => R = R0
Đây là trường hợp xe có tính năng quay vòng định mức . Ở trường hợp này
để giữa cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác dụng thì người lái cần quay
vành tay lái như thế nào để xe lệch khỏi trục một góc δ = δ 1 = δ 2
Khi ô tô đang chuyển động thẳng θ = 0 . Nếu xuất hiện δ 1 = δ 2 thì ôtô sẽ
chuyển động xiên theo phương dọc một góc δ và như vậy người lái có thể dùng vô
lăng để điều chỉnh quỹ đạo chuyển động.
Hình 2.7 Trường hợp quay vòng trung tính
2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu
Trường hợp δ 1 > δ 2 xe có tính năng quay vòng thiếu ( Hình 2-7 ) . Ở trường
hợp này xe có khả năng tự giữ được hướng chuyển động thẳng nhờ lực ly tâm Plt có
chiều ngược với chiều tác động của lực Y.
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
21
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
Hình 2.8 Trường hợp quay vòng thiếu
2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa
Hình 2.9 Trường hợp quay vòng thừa
Trường hợp δ 1 < δ 2 xe có tính năng quay vòng thừa (Hình 2.8) . Ở trường
hợp này xe bị mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm Plt
trùng với chiều của lực tác động Y. Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc của xe
càng cao, vì lực ly tâm tỷ lệ bậc hai với vận tốc. Để tránh khả năng lật đổ xe trong
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
22
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
trường hợp này, người lái phải nhanh chóng đánh tay lái theo hướng ngược lại với
chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng.
2.6 Ổn định khi quay vòng
Ta chỉ đề cập tới tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
Tính ổn định dẫn hướng được hiểu là khả năng của chúng giữ được vị trí ban đầu
ứng với khi xe chuyển động thẳng và tự quay trở về vị trí này sau khi bị lệch.
Nhờ tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng và tải
trọng tác dụng lên hệ thống lái được giảm đáng kể.
Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các
thành phần phản lực thẳng đứng, lực bên và lực tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi
xe chuyển động.
Ba nhân tố sau đây đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng:
+ Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay.
+ Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay.
+ Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang.
Khi trục đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác
dụng lên trục trước của xe sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định cho các bánh
dẫn hướng. Thông thường xem mặt đường là tuyệt đối cứng, khi các bánh xe dẫn
hướng bị lệch khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của xe sẽ được nâng
lên. Hình bên cho thấy trục quay đứng đặt nghiêng ngang một góc θ . Nếu xem như
bánh xe không có góc camber ta có thể phân phản lực thẳng đứng Zb làm hai thành
phần: Zbcosβ và Zbsinβ như Hình 2.10.
Hình 2.10 Góc nghiêng của trục quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe.
Moment ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng đứng của đất tác
dụng lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng là MZβ = Zblsinβsinα. Trong đó l
là khoảng cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới đường tâm trụ đứng.
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
23
Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.
Moment ổn định MZβ tăng lên cùng với sự tăng của góc quay vòng α của
bánh xe dẫn hướng, MZβ nhỏ và ảnh hưởng của nó tới tính ổn định không lớn.
Moment này có ý nghĩa chủ yếu là làm cho bánh xe dẫn hướng tự động quay về vị
trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng.
Khi quay vòng bánh xe dẫn hướng, moment MZβ sẽ chống lại sự quay vòng,
vì vậy cần phải tăng thêm lực tác dụng lên vành tay lái. Mặt khác, nhờ độ nghiêng
ngang của trụ đứng mà moment do phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe
sẽ giãm xuống.vì cánh tay đoàn của nó được giảm đi.
Trị số của góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ôtô hiện nay thường dao
động trong giới hạn từ 0o đến 8o.
Ngoài ra, trụ đứng còn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển
động tiến của xe. Dưới tác dụng của lực ly tâm khi xe vào đường vòng, lực gió
ngang hoặc lực nghiêng ngang của thùng xe khi xe chạy trên mặt đường nghiêng, ở
khu vực tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb.
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc γ so với chiều tiến của xe
thì phản lực ngang Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc O một moment ổn định
MYγ = Yb.C . Moment này có xu hướng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian
ban đầu khi nó bị lệch khỏi vị trí này. Vì C = rbsinγ, xem (Hình 2-10) nên mômen ổn
định có thể viết dưới dạng sau:
MYγ = Ybrbsinγ
Khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục moment này, vì
vậy góc nghiêng γ thường không lớn. Moment MYγ không phụ thuộc vào góc quay
vòng của các bánh xe dẫn hướng.
Hình 2.11 Góc quay của trụ quay đứng quay trong mặt phẳng dọc của xe
SVTH: Nguyễn Thế Vinh
24
