Xây dựng mô hình mô phỏng và khảo sát đặc tính hệ thống lái trợ lực điện trên mô hình toyota vios 2007

LỜI CẢM ƠN
Sau 4 năm học ngành cơ khí động lực hệ Đại học chính quy tại Trường Đại Học
Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Nhóm thực hiện đề tài này, những sinh viên
của khoa Cơ Khí Động Lực đã được sự dìu dắt và hướng dẫn tận tình của q thầy cơ
của trường đã và đang từng bước hồn thiện mình hơn đề trở thành những kỹ sư – thầy
giáo, đem bàn tay và khối óc của mình cống hiến cho xã hội. Cho đến hơm nay, với đồ án
tốt nghiệp này cũng đánh dấu một cột mốc lớn trên bước đường trưởng thành của nhóm
thực hiện đề tài. Những sinh viên ngành cơ khí động lực khóa 2013 sắp bước ra khỏi
cảnh cổng trường Đại học để bước vào một cánh cổng lớn hơn, nhiều thử thách hơn. Đó
là cánh cửa của cuộc đời, cơng việc trong tương lai sắp tới, mọi sự thành công trên bước
đường sắp tới đều nhờ cơng lao dìu dắt dạy dỗ của q thầy cơ. Xin gửi tới q thầy cơ sự
kính trọng và lịng biết ơn sâu sắc của nhóm thực hiện đề tài.
Trong q trình thực hiện đề tài chúng em đã được thầy Th.S Nguyễn Hữu Mạnh tận
tình giúp đỡ, chỉ dẫn và tạo điều kiện thuận lợi về mặt tinh thần cũng như tài liệu tham
khảo.
Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành đề tài nhưng trình độ bản thân cịn nhiều hạn chế
nên đề tài khơng tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự thơng cảm và góp ý của q
thầy và các bạn để đề tài này được hoàn thiệnhơn.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Th.S Nguyễn Hữu Mạnh đã tận
tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong q trình thực hiện đề tài này.
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài
Phạm Ngọc Tân – Trần Hữu Điệu

1


TÓM TẮT
1. Vấn đề nghiên cứu
- Nghiên cứu và đọc cảm biến hệ thống lái trợ lực điện EPS Toyota Vios 2007 trên mơ
-

hình;
Nghiên cứu lập trình board Bo mạch Arduino kết nối với phần mềm Matlab trên máy

-

vi tính;
Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống lái 3D từ Solidworkss sang Matlab Simulink;
Xây dựng mối quan hệ giữa tải trọng, góc xoay vành lái và cường độ dịng điện của

mô tơ trợ lực lái.
2. Các hướng tiếp cận
- Tham khảo đồ án thu thập dữ liệu các khóa trước, góp ý của thầy hướng dẫn, sách và
các nguồn tài liệu trên mạng để đưa ra phương án thực hiện.
3. Cách giải quyết vấn đề
- Nghiên cứu đặc tính hệ thống lái trợ lực điện;
- Lập trình thu thập dữ liệu bằng phần mềm Bo mạch Arduino;
- Lập trình Matlab để xử lý, hiển thị và lấy dữ liệu từ các cảm biến;
- Tìm kiếm tài liệu trên Internet, tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn;
- Tổng hợp và thiết kế, lắp đặt cảm biến lên mơ hình.
4. Kết quả thu được
- Thiết kế và lắp đặt các cảm biến trên mơ hình hệ thống lái trợ lực điện EPS;
- Xây dựng được mơ hình 3D và quan hệ động học hệ thống lái trong Matlab Simulink;
- Thu được dữ liệu thời gian thực trên phần mềm Matlab Simulink ;
- Xây dựng mối quan hệ giữa tải trọng, góc xoay vành lái và cường độ dịng điện của
mơ tơ trợ lực lái.

2


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Viết tắt

Diễn giải

EPS

Electronic Power Steering

Hệ thống lái trợ lực điện

ECU

Electronic Control Unit

Hộp điều khiển điện tử

ETC

Electronic Tranmission Control

Hộp số điều khiển tự động

LED

Light Emiting Diode

Đi-ốt phát quang

MATLAB

MATrix LABority

Phần mềm
3


DANH MỤC HÌNH ẢNH

4


CHƯƠNG 1TỔNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay lĩnh vực khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng và gần như chiếm lĩnh trong
tất cả các mặt của đời sống xã hội. Nhiều sản phẩm công nghệ ra đời thiết kế nhỏ, tích hợp
nhiều chức năng như vi xử lý, vi điều khiển đã được sử dụng hầu hết trong các hệ thống điều
khiển công nghiệp và các thiết bị dân dụng với nhiều ưu điểm mà chúng dần dần phát triển
nhằm hỗ trợ cho con người.
Cùng với sự phát triển đó thì ngành cơng nghiệp ơ tơ đã có những thay đổi về mặt kỹ
thuật, điển hình là thay đổi về hệ thống lái trên xe ô tô có trợ lực điện, nó giảm mệt mỏi cho
người lái xe và tính an tồn hơn. Với mục đích đó thì lĩnh vực điện điện tử đã được ứng
dụng trên ô tô rất thành công, nó gồm một bộ xử lý trung tâm (hay cịn gọi là ECU) với
những thơng tin thu thập được từ các cảm biến gửi về ECU và ECU sẽ tính tốn những dữ
liệu nhập vào để điều khiển các chức năng chấp hành.
Ngày nay nhu cầu áp dụng hệ thống lái trợ lực điện tăng cao vì nó có thiết kế gọn nhẹ

(đã giảm bớt một số bộ phận), hoạt động chính xác đáp ứng với từng điều kiện vận hành cụ
thể, dựa trên những tín hiệu thu thập từ cảm biến.Việc nghiên cứu lắp đặt cảm biến lên mơ
hình thực tế và nhận tín hiệu thời gian thực truyền về máy tính trở nên vơ cùng quan trọng
trong q trình nghiên cứu hệ thống lái . Nhờ các tín hiệu từ cảm biến thì các nhà nghiên cứu
có thể đưa vào mơ hình mơ phỏng được xây dựng trên máy tính . Qua đó , tiết kiệm được chi
phí thử nghiệm thực tế vốn rất tốn kém. Nhóm chúng em đã quyết định thực hiện đề tài
“XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ
LỰC ĐIỆN EPS TRÊN XE TOYOTAVIOS 2007”.
1.2 Giới hạn đề tài
- Thiết kế, lắp đặt cảm biến thu thập tín hiệu trên mơ hình hệ thống lái trợ lực điện EPS.
- Đọc và xử lý dữ liệu thu thập được bằng phần mềm Matlab thông qua bo mạch Arduino.

5


1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
1.3.1 Mục tiêu đề tài
Để phục vụ cho công tác giảng dạy nên phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các
phần liên quan gồm: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện, mạch
giao tiếp giữa máy tính với mơ hình thơng qua phần mềm Matlab Simulink để hiển thị thơng
số trên máy tính.
1.3.2 Nhiệm vụ đề tài
- Hệ thống lái trợ lực điện tử EPS trên xe TOYOTA VIOS 2007;
- Xây dựng mơ hình động học 3D của hệ thống lái trên Solidworks và Matlab Simulink;
- Nghiên cứu đọc tín hiệu từ cảm biến kết nối với phần mềm Matlab;
- Xây dựng mối quan hệ giữa các thơng số cảm biến với tín hiệu thời gian thực trong Matlab
‘
1.4 Đối tượng nghiên cứu
-

Mơ hình hệ thống trợ lực lái điện EPS trên xe TOYOTA VIOS 2007;
Cảm biến tải trọng , góc quay vơ-lăng , cảm biến điện áp và cường độ dòng điện ;
Phần mềm Matlab và Bo mạch Arduino.

1.5 Phương pháp thực hiện đề tài
Để thực hiện đề tài này, nhóm em đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu lý thuyết,
thực nghiệm và tham khảo nguồn tài liệu từ thầy hướng dẫn và nghiên cứu mơ hình đồ án
khóa trước.
1.6 Giai đoạn tiến hành đề tài
1.6.1 Nghiên cứu tài liệu
-

Nghiên cứu tài liệu lý thuyết về động lực học hệ thống lái;
Nghiên cứu về điện tử và vi mạch;
Nghiên cứu tài liệu lập trình bo mạch Arduino;
Nghiên cứu tài liệu lập trình Matlab.
1.6.2 Mô phỏng 3D hệ thống lái trên Soliwork và Matlab
Simulink

-

Lấy số liệu thiết kế từ mơ hình thực tế và mô phỏng trên phần mềm Solidworks;
Xuất dữ liệu mô phỏng từ Solidworks sang Matlab Simulink;
Mô phỏng động học 3D hệ thống lái trên phần mềm Matlab Simulink.
6


1.6.3 Thiết kế phần cứng và lập trình phần mềm
-

Thiết kế phần cứng thu thập tín hiệu sử dụng bo mạch Arduino;
Lập trình thu thập tín hiệu trên phần mềm bo mạch Arduino ID;.
Xử lý tín hiệu và thiết kế giao diện trên phần mềm Matlab.
1.6.4 Tiến hành thử nghiệm thu thập và xử lý tín hiệu

-

Tiến hành thu thập tín hiệu từ các cảm biến;
Xử lý tín hiệu bằng phần mềm Matlab thông qua bo mạch Arduino.
1.6.5 Viết thuyết minh và báo cáo

-

Chụp ảnh và quay video các kết quả đạt được trong đề tài;
Viết thuyết minh bằng Word và làm PowerPoint báo cáo;
Hoàn thành và nộp đề tài hoàn chỉnh.

CHƯƠNG 2TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
TRỢ LỰC ĐIỆN EPS
2.1 Các cách bố trí hệ thống EPS
-

Kiểu DP-EPS

7


Hình 2. 1. Hệ thống lái trợ lực điện kiểu DP_EPS
Kiểu DP-EPS có mơ tơ đặt trên cơ cấu trục vít–thanh răng của thước lái. Với kiểu lắp
ghép này thiết bị trợ lực độc lập với trục lái.

-

Kiểu RP-EPS

Hình 2. 2. Hệ thống lái trợ lực điện kiểu RP_EPS

8


Kiểu RP-EPS có thiết kế giống kiểu DP-EPS, chỉ khác là mơ tơ trợ lực của hệ thống này
có thiết kế khác kiểu DP-EPS.
-

Kiểu P-EPS

Hình 2. 3. Hệ thống lái trợ lực điện kiểu P_EPS
Kiểu P-EPS này tích hợp mơ tơ và cảm biến mơ-men chung với nhau. Nhờ đó tinh giản
được thiết kế của hệ thống này.
-

Kiểu C-EPS

Hình 2. 4. Hệ thống lái trợ lực điện kiểu C_EPS
9


Đối với thiết kế này, mô tơ trợ lực và cảm biến mơ men được tích hợp chung với nhau và
được lắp trên trục lái.
2.2 Tổng quan về hệ thống trợ lực lái điện
Do đòi hỏi tốc độ ngày một cao hơn, chất lượng tốt hơn và yêu cầu giảm năng lượng tiêu

thụ ở phương tiện ngày một gia tăng. Để đáp ứng cho các đòi hỏi này, việc nghiên cứu và
phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điện điện tử nhằm mục đích nâng cao
hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó. Điểm đặc biệt đó gồm hai đề xuất là giới thiệu
lơgíc toán học và hệ thống lái chuyên sâu phù hợp với môi trường xe chạy bằng cách thay
đổi các trợ lực cho phù hợp với điều kiện giao thông hoặc điều kiện bề mặt đường để tạo
cảm giác nhạy bén khi lái xe. Vấn đề quan trọng nhất là khả năng phản ứng tức thời của trợ
lực lái, gây cảm giác cho người lái làm họ phải chú ý đến sự biến đổi do phản lực lái gây ra.
Như vậy, hệ thống cung cấp cho người lái xe các thông tin cần lưu ý trong điều kiện vận
hành của phương tiện, ví dụ: Sự biến đổi vận tốc và gia tốc, phản lực lái, không chỉ cải thiện
mối quan hệ giữa người lái và phương tiện mà cịn có thể tạo ra sự phù hợp giữa cảm giác
của người lái và hệ thống lái, nhưng chức năng tự động bù khi phương tiện có những biến
đổi khơng đồng đều mà nguyên nhân do sự xáo trộn gây ra cũng có thể được giải quyết.
Trợ lực lái điện (EPS - Electrically Power Steering) là một hệ thống điện hoàn chỉnh làm
giảm đáng kể sức cản hệ thống lái bằng cách cung cấp dịng điện trực tiếp từ mơ tơ điện tới
hệ thống lái. Thiết bị này bao gồm có cảm biến tốc độ xe, một cảm biến lái (mơ-men, vận
tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một mơ-tơ. Tín hiệu đầu ra từ mỗi cảm biến được
đưa tới ECU có chức năng tính tốn chế độ điều khiển lái để điều khiển hoạt động của mô-tơ
trợ lực.
Trợ lái thuỷ lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thuỷ lực và tạo mô-men trợ lực,
do vậy làm tăng phụ tải động cơ, dẫn đến tốn nhiên liệu mà hệ thống trợ lực điện dùng mô tơ
điện nên không cần công suất động cơ và làm cho việc tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn.
Sơ đồ cấu tạo chung

10


Hình 2. 5. Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện.
2.3 Các bộ phận chính
2.3.1 Động cơ điện
Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụng loại động cơ

điện một chiều, nó bao gồm rơto, stato, trục chính và cơ cấu giảm tốc. Cơ cấu giảm tốc bao
gồm trục vít và bánh vít, mơ men do rơto động cơ điện tạo ra được truyền tới cơ cấu giảm
tốc sau đó được truyền tới trục lái chính. Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn và
tăng tuổi thọ làm việc, khớp nối đảm bảo cho việc nếu động cơ bị hư hỏng thì trục lái chính
và cơ cấu giảm tốc khơng bị khóa cứng lại và hệ thống lái vẫn có thể hoạt động được

2.3.2 Cảm biến, rơle điều khiển
• Cảm biến mơ men quay trục lái.
Cấu tạo của cảm biến mô men trục lái. Khi người lái xe điều khiển vành lái , mô men lái
tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thơng qua trục lái chính. Người ta bố trí vịng
phát hiện một và hai trên trục sơ cấp phía vành lái và vòng phát hiện thứ ba trên trục thứ
cấp. Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhau bằng một thanh xoắn.
Các vịng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu khơng tiếp xúc trên vịng ngồi để hình
thành một mạch kích thích. Khi tạo ra mô men lái thanh xoắn bị xoắn tạo ra độ lệch pha giữa
vòng phát hiện thứ hai và ba. Dựa trên độ lệch pha này một tín hiệu tỉ lệ với mô men được
11


đưa vào ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU tính tốn mơ men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn
động mô tơ điện với một cường độ, chiều và thời điểm cần thiết.
• Rơle điều khiển.
Rơle điều khiển có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và cung cấp điện cho
động cơ điện một chiều hoạt động và ngắt điện ngừng quá trình trợ lực. ECU EPS: ECU
EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá chung tình trạng của xe và quyết định dịng điện
cần thiết để đưa vào động cơ điện một chiều để trợ lực.
ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đưa tới ECU EPS.
ECU động cơ nhận biết tốc độ của động cơ và đưa tới ECU EPS.
Trong trường hợp hệ thống có sự cố ECU EPS sẽ gửi tín hiệu tới rơle bật sáng đèn trên
trên đồng hồ táp lô.
2.3.3 Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện so với hệ

thống lái trợ lực thủy lực
Hệ thống trợ lực điện có kết cấu đơn giản, gồm ECU, mơ tơ điện và các cảm biến. Hệ
thống trợ lực thủy lực gồm bơm dầu, van và các đường dầu phức tạp.
Hệ thống lái trợ lực điện đảm bảo được sự chính xác, nhẹ nhàng.
Bơm dầu của hệ thống lái trợ lực thủy lực được dẫn động từ động cơ do đó tiêu hao cơng
suất động cơ. Cịn mơ tơ điện của hệ thống trợ lực điện dùng điện từ ắc quy hoặc máy phát.
Hệ thống lái trợ lực thủy lực phức tạp do đó sửa chữa khó khăn. Nhiều hư hỏng do
đường dẫn dầu, rò rỉ dầu trợ lực
2.4 Nguyên lý làm việc chung của hệ thống lái trợ lực điện
2.4.1 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện
Các phần tử chính cua trợ lực lái điện gồm có: Mơ tơ điện một chiều; Các cảm biến; Bộ
điều khiển trung tâm (ECU); Hộp giảm tốc.

12


2.4.1.1 Mô tơ
Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ
truyền động của trợ lực lái. Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện có nhiệm vụ tạo ra mô
men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:
-

Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vành lái .
Mơ tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra.
Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua

vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc.
Do vậy Mô tơ điện có các đặc điểm:
-

Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản.
Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển.
Dao động và tiếng ồn nhỏ.
Lực quán tính và ma sát nhỏ.
Độ an toàn và độ bền cao.
2.4.1.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)
Bộ điều khiển trung tâm (ECU) nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin

để điều khiển mô tơ.
Yêu cầu đối với ECU gồm có:
-

Điều khiển được dịng điện cấp cho Mơ tơ theo qui luật xác định
Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dịng điện cấp cho Mơ tơ) theo tốc độ xe và mô-men

đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong tồn dải tốc độ xe.
-Điều khiển bù.
- Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dịng điện cấp cho Mơ tơ tương ứng
với sự biến động mô-men xoắn đầu vào.
- Bù ma sát.
-Khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp, trợ lực lái điện giúp cho vành tay lái trở lại vị trí
-

chuyển động thẳng sau khi đã quay vịng bằng cách bù dịng điện mơ tơ.
Điều khiển tụ .
Khi ơ tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lên vành lái ở
vị trí đang quay vịng (ví dụ, trong khi chuyển làn đường) bằng cách bù dịng điện cấp

-

cho mơ tơ làm cho vành lái có thể dễ dàng trở về vị trí thẳng.
Tối đa dịng điện cấp cho mơ tơ.
13


Giới hạn dịng điện của mơ tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU và mô tơ không bị
hư hỏng do quá tải.
Đảm bảo độ tin cậy (Chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi).Để đảm bảo độ tin cậy trong
ECU sẽ có mạch tự chuẩn đốn và sửa lỗi). Nó sẽ theo dõi sự sai lệch của các phần tử trong
hệ thống và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ điều khiển các chức năng EPS phụ thuộc
vào ảnh hưởng của sự sai lệch và cảnh báo cho người lái xe. Ngoài ra, nó cịn lưu trữ các vị
trí các sai lệch trong ECU.
Đảm bảo tính đối thoại với các hệ thống khác (Chức năng truyền tin và kiểm tra hệ thống
EPS).
2.4.1.3 Các cảm biến và hộp giảm tốc
Trong trợ lực lái điện, có một phần tử rất quan trọng khơng thể thiếu đó là các cảm biến.
Các cảm biến này có nhiệm vụ truyền thông tin đến ECU để ECU sử lý thơng tin và quyết
định vịng quay của mơtơ trợ lực.
Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện–điện tử gồm: Cảm biến mômen lái, cảm
biến tốc độ đánh lái ( tốc độ quay vành lái ), cảm biến tốc độ ơtơ.
Giảm tốc có nhiệm vụ tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái.
2.4.1.3.1 Cảm biến tốc độ đánh lái có 2 loại
- Loại máy phát điện:
Được dẫn động từ trục lái thông qua các cặp bánh răng tăng tốc làm tăng tốc độ quay và
phát ra điện áp 1 chiều tuyến tính tỉ lệ với tốc độ quay của trục lái. Tín hiệu của máy phát
phát ra được hiệu chỉnh và khuyếch đại thông qua 1 bộ khuyếch đại.

14

Hình 2. 6. Cấu tạo và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái
1- Trục răng; 2- Biến thế vi sai; 3- Mạch giao diện; 4- Trục vào; 5- Thanh xoắn; 6- Bánh
răng trung gian; 7- Mô tơ; 8- Cơ cấu cam; 9- Lõi thép trượt; 10- Cánh
- Loại cảm biến tốc độ đánh lái loại hiệu ứng Hall:
Có cấu tạo đơn giản hơn, dễ lắp đặt và đặc tính ra là dạng xung số. Vì vậy các xe ngày
nay thường sử dụng loại cảm biến này.
Cấu tạo của cảm biến gồm một rôto nam châm nhiều cực gắn với trục lái. Một IC Hall
được đặt đối diện với vành nam châm ( Cách một khe hở nhỏ: 0,2 ÷ 0,4 mm). Cảm biến
được cấp nguồn điện 12V một chiều. Khi đánh tay lái, vành nam châm sẽ quay và từ trường
của nam châm tác động vào IC Hall tạo ra chuỗi xung vng 0V ÷ 5V. Số xung tăng dần
theo góc quay trục lái. Tín hiệu này sẽ được gửi về EPS ECU và phân tích thành góc quay
trục lái và tốc độ đánh lái ( nếu đặt vào mạch đếm thời gian).

15


Hình 2. 7. Cảm biến tốc độ đánh lái ( góc đánh lái) loại Hall
1- Vỏ; 2- Rơ to nam châm; 3- Ổ bi; 4- IC Hall; 5- Giắc điện; 6- Nhựa từ tính
2.4.1.3.2 Cảm biến mơmen lái có 3 loại
- Loại lõi thép trượt
Gồm 1 lõi thép được lắp lỏng trượt trên trục lái, trên đó có 1 rãnh chéo, rãnh này sẽ được
lắp với 1 chốt trên trục lái. Phía ngồi lõi thép là 3 cuộn dây quấn: 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn
thứ cấp. Cuộn sơ cấp được cấp 1 nguồn điện xoay chiều tần số cao. Tùy thuộc vào vị trí của
lõi thép mà suất điện động cảm ứng ra trong hai cuộn dây thứ cấp khác nhau. Tín hiệu của 2
cuộn thứ cấp được chỉnh lưu và đưa về mạch so sánh để biến đổi thành điện áp tuyến tính tỉ
lệ với góc xoắn của 1 thanh xoắn đặt giữa trục lái và cơ cấu lái ( Như trong van trợ lực thủy
lực loại van xoay).
Ba trạng thái của rãnh chéo và chốt và lõi thép tương ứng với các trường hợp quay vòng
phải, vị trí trung gian và quay vịng trái cũng được thể hiện trên hình.

16


Hình 2. 8. Sơ đồ đặc tính và các vị trí làm việc của cảm biến mơmen lái loại lõi thép trượt
1- Lái phải; 2- Trung gian; 3- Lái trái; 4- Cuộn sơ cấp; 5,7- Cuộn thứ cấp; 6- Lõi
thép trượt;
- Loại lõi thép xoay

Gồm trục vào ( gắn với phần trên trục lái), trục ra ( gắn với phần nối tiếp của trục lái tới
cơ cấu lái), giữa trục vào và trục ra được liên kết bằng 1 thanh xoắn. Trên trục vào lắp 1
vành cảm ứng số 1 có các rãnh để cài với các răng của vành cảm ứng số 2. Còn vành cảm
ứng số 3 cũng có các răng và rãnh được lắp trên trục ra. Phía ngồi các vịng cảm ứng là các
cuộn dây được chia ra các cuộn dây cảm ứng và cuộn dây bù. Sơ đồ nguyên lý của cảm biến
và đặc tính được trình bày trên hình.

17


Hình 2. 9. Vị trí lắp, cấu trúc và đặc tính của cảm biến mơ-men lái loại lõi thép xoay
1-Cảm biến mơ men; 2- Trục lái chính; 3- Bộ giảm tốc; 4- Vành lái ; 5- Vành phát hiện 1; 6Trục sơ cấp; 7- Cuộn dây bù;8-Vành cảm ứng 1;9- Vành cảm ứng 3; 10- Trục thứ cấp; 11Từ trục lái; 12- Từ cơ cấu lái; 13-Vành cảm ứng 2

18


Loại 4 vành dây

Hình 2. 10. Cấu tạo cảm biến mômen lái loại 4 vành dây
1-Vành 2; 2-Thanh xoắn; 3-Vành 1; 4-Trục vào; 5-Vành 1(phần Stator); 6-Vành
2(Stator); 7-Trục ra
Cảm biến gồm 2 phần:

-

- Phần stato có 2 vành dây, các dây được cuốn trên các răng thép định hình.
Phần rơto có 2 vành dây: 1 vành được gắn với trục răng, phần thứ 2 được gắn với các-đăng
trục lái. Giữa vành thứ nhất và thứ hai có thể xoay lệch nhau 1 góc bằng góc xoắn của thanh
xoắn ( Khoảng 7 độ 58 phút).
Sơ đồ bố trí các cuộn dây và xung của cảm biến được trình bày trên hình.

19


Hình 2. 11. Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến mô-men lái loại 4 vành dây
2.4.1.3.3 Cảm biến tốc độ ơtơ có 4 loại
- Loại cơng tắc lưỡi gà
Gồm 1 tiếp điểm lá đặt trong một ống thủy tinh nhỏ và đặt cạnh một mâm nam châm
quay. Mâm nam châm được dẫn động bởi dây công-tơ-mét.
Khi ô tô chuyển động, thơng qua bánh vít- trục vít ở trục thứ cấp hộp số làm cho dây
công-tơ-mét quay và làm quay mâm nam châm. Từ trường của nam châm làm cho cơng tắc
lưỡi gà đóng, mở theo nhịp quay của mâm nam châm và tạo ra chuỗi xung vuông. Cảm biến
này thường được lắp ngay sau công tơ mét ( đồng hồ tốc độ ôtô) ở bảng táp-lô.

20


Hình 2. 12. Cảm biến loại cơng tắc lưỡi gà
1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Nam châm; 3- Cơng tắc lưỡi gà
- Loại điện–từ

Hình 2. 13. Cảm biến loại từ điện
1- Rô to; 2- Cảm biến tốc độ; 3- Trục thứ cấp

21


Gồm 1 cánh phát xung được lắp ở trục thứ cấp hộp số và 1 cuộn phát xung với 3 phần tử:
Lõi thép, nam châm và cuộn dây. Được đặt cách cánh phát xung một khe hở 0,5 ÷ 1,0 mm.
Mỗi lần cánh phát xung lướt qua đầu cuộn phát xung thì ở cuộn dây sẽ cảm ứng ra 1 cặp.
- Loại quang điện

Được lắp ngay sau đồng hồ công-tơ-mét. Nó gồm 1 cánh xẻ rãnh được dẫn động quay từ
dây công-tơ-mét. Cánh xẻ rãnh quay giữa khe của đèn LED và phototransitor ( Tranzitor
quang). Tốc độ quay của cánh sẻ rãnh tỉ lệ với tốc độ ô tô và lần lượt che và thông luồng ánh
sáng từ đèn LED sang tranzitor quang để tạo nên chuỗi xung vuông 0V– 5V tỷ lệ với tốc độ
quay của trục thứ cấp hộp số phản ảnh tốc độ ơtơ.

Hình 2. 14. Cảm biến loại quang điện
1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Tranzitor; 3- Cặp quang điện; 4- Bánh xe có khía rãnh
- Loại mạch từ trở MRE
Cảm biến được lắp ở trục thứ cấp hộp số. Cảm biến gồm một vòng nam châm nạp nhiều
cực lắp trên trục của cảm biến. Khi vòng nam châm quay, từ trường sẽ tác động lên mạch từ
trở MRE và tạo ra các xung xoay chiều tại hai đầu mút 2 và 4 của mạch MRE. Các xung đưa
tới bộ so và điều khiển tranzitor để tạo xung 0V – 12V ở đầu ra của cảm biến. Tần số xung tỉ
lệ với tốc độ ôtô.

22


Hình 2. 15. Cảm biến tốc độ ơtơ loại MRE
1- Trục thứ cấp của hộp số; 2- Bánh răng bị động; 3- Cảm biến tốc độ; 4- HIC có gắn
MRE bên trong; 5- Các vịng từ tính
Tín hiệu ra của cảm biến được đưa tới đồng hồ công-tơ-mét để báo tốc độ ôtô và đưa tới

các ECU như PS ECU, ECT ECU . . . để điều khiển các cơ cấu chấp hành ( ví dụ van điện từ
trong hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử hoặc mô tơ trợ lực lái).
2.4.2 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện.
Trợ lực lái được điều khiển theo các bản đồ được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ của ECU.
EPS ECU có thể lưu trữ 16 bản đồ, các bản đồ này được kích hoạt ở nhà máy phụ thuộc vào
các yêu cầu cho trước (ví dụ trọng lượng của ơ tơ).

23


Hình 2. 16. Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện
1-Dịng cấp mơ tơ; 2- Tốc độ mơ tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái; 6- Điều khiển
dịng tối đa cho mơ tơ; 7- Điều khiển bù rung động; 8- Điều khiển phục hồi; 9- Điều khiển
bù; 10- Điều khiển chính; 11- Dịng đích; 12- Hạn chế dịng cấp áp tối đa ra mơ tơ; 13- Điều
khiển dịng cấp ra mơ tơ; 14- Dịng cấp cho mơ tơ
Ngồi ra các bản đồ náy cũng được kích hoạt bằng những công cụ quét ECU hệ thống lái
sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế ECU hệ thống lái. Với bất kì một xe đã cho thì cả hai bản
đồ tương ứng với xe hạng nặng và hạng nhẹ được chọn. Mỗi bản đồ có 5 đặc tính khác nhau
tương ứng với các vận tốc chuyển động của ô tô. Các bản đồ này xác định vùng trợ lực lái có
thể làm việc.

24


Hình 2. 17. Đồ thị đường đặc tính của trợ lực lái
2.4.3 Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước
Bước 1. Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực để quay vành lái .
Bước 2. Lực tác dụng lên vành lái sẽ làm cho thanh xoắn trong cơ cấu lái xoay. Cảm biến
mơ men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn và gửi các lực lái đã được tính tốn đến
ECU

Bước 3.Cảm biến góc quay của vành lái sẽ thơng báo góc quay vành lái và tốc độ đánh tay
lái hiện thời.
Bước 4. Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc quay vành lái , tốc
độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong ECU, EPS ECU sẽ tính tốn lực trợ lực cần
thiết và gửi đến động cơ điện.
Bước 5. Trợ lực lái sẽ tác động lên cơ cấu lái một lực trợ lực song song với lực đặt lên vành
lái.
Bước 6. Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấu lái để quay vòng
xe.

25