Hệ thống ESP trên ô tô

Đồ án chuyên ngành

KHÁI QUÁT HỆ THỐNG EPS
Trường Đại Học
Thuật

Sư Phạm Kỹ

(Electronic Power Steering)

Tp . Hồ Chí Minh

Sinh viên thực hiện:

PHẠM CHÂU VŨ

Giáo viên hướng dẫn:
Thạc só. NGUYỄN NGỌC BÍCH

Trưởng bộ môn công nghệ ôtô

Bộ môn khung gầm
Khoa cơ khí động lực
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Thành phố hồ chí minh
2005



KHÁI QUÁT HỆ THỐNG EPS
(Electronic Power Steering)

GVHD : Thạc só . Nguyễn Ngọc Bích
SVTH :
MSSV :

Phạm Châu Vũ
02205062

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG EPS
Lòch sử của hệ thống EPS
So sánh hệ thống EPS với hệ thống lái thường
Ưu điểm của hệ thống EPS
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG EPS

Thư giãn


Lòch sử của hệ thống EPS
Trước đời xe S2000 (xe thể thao) , NSX là xe sử dụng hệ thống EPS đầu tiên. Một
số nhà sản xuất khác cũng quan tâm đến hệ thống này trong đó có một số xe như
(MR2, EV1…) có hệ thống trợ lực bằng điện và thuỷ lực. Hệ thống này có nhiệm vụ là
thay thế bơm truyền thống (bơm dầu) bằng bơm điện. Và hãng Honda là nhà sản xuất
đầu tiên phát triển hệ thống này (EPS). Hệ thống này không tiêu tốn công suất vô ích
đồng nghóa là tiết kiệm được tiền cho người sử dụng.

Hãng Honda tập trung nghiên cứu chủ yếu hệ thống này vì : nó gọn nhẹ và không
lấy thêm công suất của động cơ vì hệ thống EPS chỉ sử dụng năng lượng điện khi cần
thiết, tuy nhiên nó vẫn cho người lái kiểm soát xe một cách chính xác, dễ dàng hơn với
sự trở lực bằng điện tử. Ngoài ra hệ thống này rất dễ dàng lắp đặt ,đặc biệt với những
xe động cơ đặt ở giữa hay phía sau (rất hay xảy ra hiện tượng bể ống dầu khi dùng hệ
thống lái thường).

Những ưu điểm của hệ thống EPS
(Advances of electronic power steering)

Gọn nhẹ, chỉ cần bình accu là hoạt động được
Không cần xả gió trong hệ thống, nhẹ hơn so với hệ thống trợ lực bằng thuỷ lực

Ít tốn công suất hơn vì động cơ không phải kéo bơm thuỷ lực

Sử dụng cấu trúc cầu phân áp để đáp ứng theo sự thay đổi của xe

Lấy tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe để đáp ứng sự trợ lực mà xe cần

Có chức năng dự phòng cho phép xe trở về hệ thống lái thường , khi hệ thống lái bằng điện bò
hỏng


CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG
Electronic Power Steering


SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG


So saựnh heọ thoỏng EPS vụựi heọ thoỏng thửụứng

Heọ thoỏng EPS

Heọ thoỏng thửụứng xem phim 1 , 2

Sự vận hành của hệ thống lái

trợ lực bằng điện tử

(Electronic Power Steering System Operation)

EPS là gì? (What is EPS ?)
Cảm biến góc quay tay lái (Steering sensor)
Sự vận hành của môtơ điện và cơ cấu lái (Electronic motor and steering
gear operation)
Điều khiển dòng điện tới môtơ của hệ thống lái (Steering gear motor current
control)


Là hệ thống trợ lực lái bằng điện , dùng một môtơ điện để dẫn động bơm thuỷ lực hoặc dẫn
động trực tiếp hệ thống lái , chức năng của hệ thống này không phụ thuộc vào tốc độ xe vì thế
rất tiết kiệm được năng lượng.

HÌNH


Cảm biến góc quay tay lái gồm một cảm biến momen ( Torque Sensor) và một bộ phận giắc
cắm (giao diện giao tiếp). Cảm biến này gồm một lõi trượt được gắn trên trục bánh răng bên của
bán trục, một rãnh xoắn được lắp bên hông của con trượt và hai chốt nhô ra khỏi trục bánh răng
bên của bán trục được gắn trong rãnh này . Con trượt quay cùng với trục bánh răng bên của bán
trục. Khi có một sự cản trở rất nhỏ ở bánh trước khi bánh xe quay , con trượt và trục bánh răng
bên của bán trục sẽ quay cùng nhau và những cái chốt vẫn nằm ở giữa trong rãnh xoẵn trên con
trượt, sự cản trở rất nhỏ ở bánh trước khi bánh xe quay xảy ra khi vỏ trước của xe bò trượt trên mặt

đường trơn (xấu) hay là bánh trước của xe bò giằng nhô lên khỏi mặt đường. Khi có sự cả trở này ở
bánh trước của xe khi xe quay tay lái , thanh xoắn quay trong trục bánh răng bên của bán trục.
Hoạt động này làm cho những chốt sẽ di chuyển trong những rãnh xoắn của con trượt làm cho con
trượt sẽ di chuyển lên xuống.

XEM HÌNH


Trục bánh răng bên của bán trục với con trượt và bộ chuyển đổi


Một số cảm biến góc quay tay lái và cảm biến momen

Steering sensor
Torque sensor


Lõi trượt được bao quanh bởi bộ chuyển đổi vi sai biến thiên và con trượt di chuyển lên xuống bên trong
cuộn dây của bộ chuyển đổi khi quay vô lăng. Bộ chuyển đổi có một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn thứ cấp phía
trên và phía dưới. Khi bật công tắc đánh lửa, một dòng điện dao động trong cảm biến góc quay tay lái cung
cấp dòng điện xoay chiều đến cuộn sơ cấp của bộ chuyển đổi. Khi dòng điện đổi chiều qua cuộn sơ cấp, từ
trường biến thiên liên tục quanh cuộn sơ cấp ( sinh ra và mất đi ). Sự thay đổi từ trường này cảm ứng hiệu điện
thế lên cuộn thứ cấp phía trên và phía dưới, điện áp ở các cuộn thứ cấp thay đổi tuỳ theo vò trí của con trượt
Khi lái thẳng , con trượt nằm chính giữa cuộn thứ cấp trên và dưới. Trong điều kiện này điện áp cảm ứng
lên các cuộn này bằng nhau. Khi điện áp ở cuộn thứ cấp phía trên và dưới bằng nhau , tín hiệu điện áp từ
những cuộn này gởi đến hộp điều khiển và báo cho hộp biết là xe đang chạy thẳng hay vô lăng của xe quay
không có sự cản trợ và không cần trợ lực bằng điện.


Nếu vô lăng quay về phía bên phải,con trượt di chuyển lên trên , vò trí con trượt này làm cho điện áp ở cuộn thứ cấp

phía trên lớn hơn cuộn thứ cấp phía dưới. Khi tín hiệu điện áp từ cuộn thứ cấp phía trên gởi đến hộp điều khiển, hộp
điều khiển sẽ cung cấp một dòng điện đến môtơ điện trên thanh răng( môtơ điện được đặt đồng trục với thanh răng,
khi môtơ quay làm cho thanh răng di chuyển tạo ra trợ lực thích hợp cho người lái về phía bên phải.

Khi vô lăng quay về phía bên trái , con trượt di chuyển xuống phía dưới , vò trí này của con trượt làm cho điện áp ở cuộn
thứ cấp phía dưới lớn hơn điện áp ở cuộn thứ cấp phía trên, khi tín hiệu điện áp từ cuộn thứ cấp phía dưới gởi đến hộp điều
khiển, hộp điều khiển sẽ cấp một dòng điện cho môtơ điện , mô tơ điện này được đặt đồng trục với thanh răng. Khi môtơ
quay thanh răng di chuyển tạo ra trợ lực thích hợp cho người lái về phía bên trái .

Tín hiệu điện áp từ cuộn thứ cấp phía trên và phía dưới được gởi qua giao diện giao tiếp ( giắc cắm ) trong cảm biến góc
quay tay lái và đến hộp điều khiển. Giao diện giao tiếp này nắn tín hiệu dòng xoay chiều từ bộ chuyển đổi cuộn thứ cấp
phía trên và cuộn thứ cấp phía dưới thành tín hiệu điện áp một chiều và khuếch đại tín hiệu này lên.



Phần ứng của môtơ điện rỗng, và thanh răng được kéo dài qua tâm của phần ứng. Phần ứng
được đỡ bởi những bạc đạn được lắp vào đường kính ngoài của phần ứng và vỏ của cơ cấu lái. Một
đầu phần ứng có cổ góp điện và hai chổi than tỳ lên cổ góp đó nhờ vào các lò xo. Đầu còn lại của
phần ứng có một bắn răng với các răng xoắn. Các răng của bánh răng phần ứng ăn khớp liên tục
với bánh răng trên trục vít bi .

Mô tơ dùng trong hệ thống là mô tơ điện
một chiều với điện áp 12V và dòng diện
58A, và có khả năng truyền nhiệt ra bên
ngoài để chống quá nhiệt.

Mô tơ điện


Trên trục vít bi có một đai ốc dạng đặc biệt với các vòng bi tuần hoàn. Bạc đạn được lắp trong các

rãnh trong trục vít bi và đai ốc có bi tuần hoàn, trục vít có bi tuần hoàn được lắp vào thanh răng của
cơ cấu lái. Trục vít bi và đai ốc có bi tuần hoàn có cấu tạo như là trục vít và đai ốc trong một cơ cấu
lái có bi tuần hoàn.

Trục vít bi


Vỏ của cơ cấu lái có một nam châm vónh cửu và lõi phần ứng được bao quanh bởi nam
châm vónh cửu này , có một khe hở nhỏ giữa lõi phần ứng và nam châm vónh cửu này.

Cơ cấu lái


Khi quay vô lăng dòng điện được cung cấp từ mạch công suất trong hộp điều khiển qua chổi than và
cuộn dây phần ứng về mát. Dòng điện này tạo ra từ trường mạnh xung quanh cuộn dây phần ứng. Từ
trường này bao quanh cuộn dây phần ứng và tương tác với từ trường của nam châm vónh cửu làm cho
phần ứng quay trợ lực theo hướng lái. Khi phần ứng quay, bánh răng nằm trên trục phần ứng quay dẫn
động bánh răng của trục vít quay theo. Trục vít bi quay làm cho đai ốc có bi tuần hoàn di chuyển trên
trục , mà đai ốc có bi tuần hoàn được vặn trên thanh răng của cơ cấu lái do đó sự di chuyển của đai ốc
có các bi tuần hoàn này sẽ trợ lực cho hệ thống lái theo hướng cần thiết.
Mạch công suất có thể trợ lực qua trái hoặc qua phải bằng cách đổi cực tính của chổi than trên cổ
góp. Khi chổi than bò đổi cực thì dòng điện trong cuộn dây phần ứng bò đổi chiều và làm cho phần ứng
quay theo chiều ngược lại.


Đai ốc có bi tuần hoàn được thiết kế sao cho những viên bi lăn giữa các rãnh trong trục vít
bi và các rãnh trong đai ốc có bi tuần hoàn. Những viên bi này ra khỏi đai ốc xuống một cái
ống sau đó lại đi vòng vào trở lại đai ốc theo các cái rãnh (đi tuần hoàn). Tác dụng của các
viên bi này là làm cho đai ốc di chuyển trên trục vít bi nhẹ nhàng và ít bò ma sát hơn.

(Đai ốc)

(Trục vít bi)

(ống)

(Bi thép)


Mạch công suất trong hộp điều khiển bao gồm: một mạch dẫn động , cảm biến dòng,
một transistor FET , rơle công suất và rơle dự phòng.


Tác dụng khi động cơ chết máy đột ngột và vào khúc cua

Khi bật công tắc đánh lửa và động cơ nổ thì hộp điều khiển đóng rơle công suất và rơle dự phòng
để cho hệ thống EPS hoạt động. Các rơle này thực sự đóng lại khi máy phát điện cấp điện áp cho
động cơ và động cơ đang nổ và hộp điều khiển nhận được tín hiệu điện áp này từ máy phát và công
tắc đánh lửa. Hệ thống EPS vẫn hoạt động khi động cơ ngừng công tắc ở vò trí ON. Động cơ sử dụng
hệ thống lái trợ lực bằng thuỷ lực sẽ bò mất trợ lực khi động cơ chết máy và công tắc vẫn ở vò trí ON
do đó rất khó để quay tay lái, và sự cố này có thể gây tai nạn khi động cơ chết máy trong lúc vào
khúc cua. Còn hệ thống EPS vẫn hoạt động khi động cơ chết máy , công tắc vẫn ở vò trí ON chính vì
thế nên hệ thống này sẽ giảm được khả năng gây tai nạn vì mất trợ lực lái khi động cơ chết máy.

xem hình



Hoạt động
Khi người tài xế quay vô lăng ,thì tín hiệu điện áp từ cảm biến góc quay tay lái gởi về hộp để báo

là cần phải trợ lực lái , và tín hiệu điện áp này cũng báo cho hộp biết là cần phải trợ lực lái về phía
nào và cần trợ lực là bao nhiêu. Nếu tài xế quay vô lăng nhiều thì tín hiệu này báo cho hộp biết là
cần phải trợ lực lái nhiều.

Khi hộp điều khiển EPS nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến góc quay tay lái xem cần trợ lực bao
nhiêu , thì hộp điều khiển này sẽ gởi tín hiệu tới con FET( transistor) trong mạch công suất. Mạch
dẫn động này sẽ cung cấp một xung điện áp có cực tính phù hợp vói chiều cần trợ lực đến chổi than
của mô tơ xung điện áp này là xung vuông có tần số không đổi nhưng có thời gian mở thay đổi