TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE ÔTÔ
Vai trò, phân loại, yêu cầu
Hình 1.1 Hệ thống lái đơn giản
Hệ thống lái là yếu tố quyết định trong việc điều khiển hướng di chuyển của ô tô, cho phép người lái thay đổi hoặc duy trì hướng đi Nó hoạt động cùng với các hệ thống điều khiển khác để đảm bảo an toàn giao thông khi xe di chuyển Hệ thống lái bao gồm các thành phần từ vành lái đến các cơ cấu điều khiển hướng di chuyển toàn bộ xe, góp phần quan trọng trong việc duy trì sự ổn định và an toàn cho phương tiện.
1.1.2 Phân loại a) Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng
– Các bánh dẫn hướng ở cầu trước
– Các bánh dẫn hướng ở cầu sau
– Các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu
Hình 1.2 Mô hình xe dẫn hướng cầu trước b) Phân loại hệ thống lái theo kiểu dẫn động
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống lái dẫn động hai cầu
–Dẫn động cả hai cầu c) Phân loại hệ thống lái theo kiểu truyền lực
– Hệ thống lái cơ khí
– Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, hoặc kết hợp… d)Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
Cơ cấu lái loại liên hợp (trục vít, ê cu, cung răng)
Hình 1.4 hệ thống lái trục vit con lăn d) Phân loại theo bố trí vành lái
Hình 1.5 vô lăng phía bên trái của xe
– Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải)
– Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái)
Hiện nay, khoảng 74 quốc gia và vùng lãnh thổ vẫn duy trì việc đặt vô-lăng bên tay trái, một phần do ảnh hưởng từ truyền thống lái xe của Anh Quốc và châu Âu sau thời kỳ thuộc địa Nghiên cứu cho thấy việc đặt vô-lăng bên trái hay phải không ảnh hưởng nhiều đến việc lái xe, mà quan trọng hơn là cần điều chỉnh luật giao thông, hạ tầng và thiết kế xe để thuận tiện cho người lái Tại Việt Nam, do lái xe bên phải, nên hầu hết các xe đều có vô-lăng bên trái để dễ dàng di chuyển.
Hình 1.6 Hệ thống lái trên xe
– Giữ chuyển động thẳng, ổn định
– Quay vòng ngoặt trên diện tích bé, thời gian ngắn
– Động học quay vòng phải đúng, để các bánh xe không bị trượt
– Lái phải nhẹ nhàng, thuận tiện
– Giảm va đập từ mặt đường lên vô lăng a)Dẫn động lái
Dẫn động lái là hệ thống bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe Do đó, hệ thống này cần đảm bảo các chức năng thiết yếu để hoạt động hiệu quả trên xe.
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng
Đảm bảo rằng các bánh xe dẫn hướng quay vòng một cách hiệu quả, tránh hiện tượng trượt bên lớn và tạo sự liên kết chặt chẽ giữa chúng, đồng thời cung cấp trợ lực lái cần thiết.
Lực cản quay vòng của xe tỉ lệ thuận với trọng lượng phân bổ lên cầu trước dẫn hướng, do đó, xe có trọng tải lớn sẽ gặp lực cản quay vòng lớn hơn Khi lực cản quay vòng tăng đến một mức độ nhất định, người lái sẽ gặp khó khăn trong việc điều khiển vô lăng Để hỗ trợ người lái trong tình huống này, cần có một bộ phận gọi là trợ lực lái.
Hình 1.7 Bơm dầu trợ lực lái
Hệ thống trợ lực lái yêu cầu nguồn năng lượng, các van điều khiển và bộ phận sinh lực với độ chính xác cao, khiến cho nó trở thành một phần đắt đỏ, thường chỉ được trang bị trên các xe tải lớn Tuy nhiên, nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ, chi phí sản xuất các chi tiết đã giảm, cùng với nhu cầu ngày càng cao về tính tiện nghi cho người lái, hệ thống trợ lực lái hiện nay đã được áp dụng rộng rãi trên cả xe tải nhỏ và xe du lịch.
Nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống trợ lực lái có thể là chất lỏng áp suất cao, khí nén hoặc điện, dẫn đến việc phân loại các loại trợ lực lái thành trợ lực thủy điện, trợ lực khí nén và trợ lực điện.
+ Trợ lực thủy lực được dùng nhiều hơn cả vì kết cấu gọn, dễ bố trí
Trợ lực khí nén hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự như trợ lực thủy lực; tuy nhiên, do áp suất khí nén tạo ra cấu trúc cồng kềnh, nên loại trợ lực này ít được ứng dụng hơn.
Trợ lực điện có thiết kế gọn nhẹ, nhưng thường sử dụng động cơ điện làm nguồn sinh lực, dẫn đến việc đảo chiều khó khăn do rô to có mô men quán tính nhất định Vì lý do này, trợ lực điện ít được áp dụng trong thực tế.
Các góc đặt bánh xe
1.2.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc CAMBER, được đo bằng độ Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài, góc này được gọi là góc “CAMBER dương”, trong khi nếu bánh xe nghiêng vào trong, nó được gọi là góc “CAMBER âm” Khi bánh xe ở trạng thái thẳng đứng, góc CAMBER sẽ bằng không.
Hình 1.8 Góc nghiêng bánh xe
* Chức năng của góc nghiêng ngang bánh xe:
Góc camber đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự lăn thẳng của bánh xe, giúp giảm thiểu va đập giữa mép lốp và mặt đường Khi góc camber đạt giá trị bằng không hoặc gần bằng không, bánh xe sẽ nằm trong vùng tối ưu để truyền lực dọc và lực bên, đặc biệt khi di chuyển trên đường vòng.
Góc CAMBER giúp ngăn ngừa tình trạng bánh xe nghiêng ngược lại do trọng lượng xe, bằng cách giảm thiểu khe hở và biến dạng trong các chi tiết của trục và hệ thống treo trước Đồng thời, nó cũng giảm cánh tay đòn của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, từ đó làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực tác động lên vành tay lái.
Khi xe di chuyển trên đường vòng, lực ly tâm khiến thân xe nghiêng theo hướng quay, dẫn đến các bánh xe ngoài nghiêng vào trong và bánh xe trong nghiêng ra ngoài Để tối ưu hóa khả năng tiếp nhận lực bên, các bánh xe cần lăn gần vuông góc với mặt đường Đặc biệt, trên xe có tốc độ cao và hệ treo độc lập, góc CAMBER thường được thiết lập ở giá trị âm.
1.2.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng (caster và khoảng caster)
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau, được đo bằng độ và xác định qua góc giữa trụ xoay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Nếu trụ nghiêng về phía sau, gọi là góc nghiêng dương; ngược lại, nếu nghiêng về phía trước, gọi là góc nghiêng âm.
– Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster c
* Tác dụng của góc Caster:
Hồi vị bánh xe được điều chỉnh bởi khoảng Caster, khi bánh xe di chuyển vào đường cong hoặc chịu tác động của gió bên, lực ly tâm và trọng lượng xe sẽ tạo ra phản lực bên Yb tại khu vực tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường.
Khi trụ quay đứng nghiêng về phía sau theo chiều tiến của xe (Caster dương), phản lực bên Yb từ mặt đường sẽ tạo ra một mô men ổn định với tâm tiếp xúc Mô men này được xác định bằng công thức cụ thể.
Mômen M = Yb.c có xu hướng đưa bánh xe trở lại vị trí trung gian khi bị lệch Do đó, góc Caster thường không lớn, với trị số dao động từ 0° đến 3° cho các xe hiện đại Mômen này phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
1.2.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định dựa trên mặt cắt ngang của xe, trong khi góc Kingpin được hình thành từ hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang và phương thẳng đứng.
* Tác dụng của góc KingPin:
Giảm lực đánh lái có thể đạt được bằng cách điều chỉnh bán kính quay r0 của bánh xe Khi bánh xe quay sang phải quanh trụ đứng, r0 là khoảng cách giữa tâm trụ và điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu r0 lớn, sẽ tạo ra mô men lớn quanh trụ do cản lăn của lốp, dẫn đến tăng lực đánh lái Để giảm lực đánh lái, cần giảm giá trị r0 bằng cách tạo CAMBER dương và nghiêng trụ quay đứng thông qua góc KingPin.
Giảm thiểu hiện tượng đẩy ngược và kéo lệch sang một bên là rất quan trọng Khi khoảng cách lệch r0 quá lớn, phản lực tác động lên các bánh xe trong quá trình di chuyển thẳng hoặc phanh sẽ tạo ra mômen quay quanh trụ đứng, dẫn đến hiện tượng kéo lệch các bánh xe về phía có phản lực lớn hơn Ngoài ra, các va chạm từ mặt đường cũng gây ra sự dao động mạnh của vô lăng và hiện tượng đẩy ngược.
Góc KingPin đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính ổn định khi xe chạy thẳng, giúp bánh xe tự động quay về vị trí đi thẳng sau khi quay vòng Khi tài xế quay vô lăng để điều khiển xe, cần phải tăng lực đánh lái; nếu không, bánh xe sẽ trở về vị trí trung gian Để duy trì trạng thái quay vòng, tài xế phải giữ vành lái với một lực nhất định Hiện tượng bánh xe trở về vị trí thẳng sau khi quay vòng là do mômen phản lực từ mặt đường tác động lên bánh xe, và giá trị của mômen này phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
1.2.4 Độ chụm và độ mở
Độ chụm của bánh xe là thông số quan trọng thể hiện góc chụm giữa hai bánh xe dẫn hướng Góc chụm được xác định trên mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe, song song với mặt phẳng đường, dựa trên hình chiếu đối xứng dọc trục của hai bánh lên mặt phẳng đó và hướng di chuyển của xe.
Độ chụm thường được xác định bằng khoảng cách giữa hai điểm B và A, được đo ở mép ngoài của vành lốp trong trạng thái không tải khi xe di chuyển thẳng Nếu khoảng cách B - A lớn hơn 0, độ chụm được coi là dương; ngược lại, nếu B - A nhỏ hơn 0, độ chụm là âm.
Độ chụm của bánh xe ảnh hưởng đáng kể đến mức độ mài mòn của lốp và sự ổn định của vô lăng Mài mòn lốp sẽ giảm thiểu tối đa khi hai bánh xe lăn trên mặt phẳng hoàn toàn.
SƠ ĐỒ, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE ÔTÔ
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái
Khi người lái quay vô lăng, lực được truyền từ vô lăng xuống cơ cấu lái và được trợ lực từ hệ thống trợ lực lái, giúp tay lái trở nên nhẹ nhàng hơn Cơ cấu lái tiếp tục truyền lực xuống đòn kéo dọc và hai đòn kéo ngang Đòn quay đứng nhận lực từ đòn kéo ngang, làm cho bánh dẫn hướng chuyển động theo hướng của vô lăng Khi không còn tác động vào vô lăng, cơ cấu lái kết hợp với quán tính của xe sẽ tự động đưa vô lăng trở về vị trí chính giữa.
Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe ôtô
Hệ thống lái trên xe hơi cho phép các bánh xe trước chuyển động theo những hướng khác nhau khi xe chuyển hướng Điều này cần thiết để xe có thể quay một cách êm dịu, với mỗi bánh xe di chuyển trên một đường tròn khác nhau Bánh xe bên trong phải di chuyển theo một vòng tròn có bán kính nhỏ hơn, khiến việc quay khó khăn hơn so với bánh xe bên ngoài Nếu vẽ các đường thẳng vuông góc với từng bánh xe, chúng sẽ giao nhau tại tâm quay vòng, cho thấy bánh xe bên ngoài cần quay nhiều hơn bánh xe bên trong.
Từ lâu, có hai loại cơ cấu lái chính là cơ cấu bánh răng - thanh răng và trục vít - bánh vít Bài viết này sẽ tập trung vào nguyên lý hoạt động của hệ thống bánh răng - thanh răng.
Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng là một hệ thống cơ khí đơn giản nhưng hiệu quả, ngày càng phổ biến trên ô tô du lịch, xe tải nhỏ và xe SUV Hệ thống này bao gồm một bánh răng kết nối với một ống kim loại và một thanh răng gắn trên ống kim loại, với một thanh nối kết nối hai đầu mút của thanh răng.
Cấu tạo
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái
Cơ cấu lái của xe được thiết kế với trục vít kết hợp với thanh răng, cho phép khi người lái xoay vô lăng, trục vít quay và tác động lên thanh răng, làm cho nó di chuyển sang trái hoặc phải Để kết nối thước lái với moay-ơ bánh xe, các khớp cầu hay rotuyn được bố trí, bao gồm một cặp rotuyn lái trong và ngoài Hệ thống này tạo thành một hình thang dẫn động lái, còn được gọi là hình thang lái, giúp cải thiện khả năng điều khiển của xe.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng bao gồm một bánh răng nằm dưới trục lái chính, kết nối với thanh răng Trục bánh răng được lắp đặt trên các ổ bi, và việc điều chỉnh các ổ này được thực hiện bằng êcu lớn để ép chặt ổ bi Trên vỏ êcu có phớt che bụi, giúp đảm bảo trục răng quay một cách nhẹ nhàng và hiệu quả.
Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng với phần cắt răng nằm ở giữa và phần còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, từ đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng.
Hình 2.4 Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng
Cơ cấu lái được đặt trên vỏ xe nhằm tạo ra góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng Trục răng được đặt nghiêng ngược chiều với thanh răng, giúp tăng cường sự ăn khớp của bộ truyền Điều này không chỉ mang lại sự vận hành êm ái mà còn phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.
– Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:
Cơ cấu lái đơn giản và gọn nhẹ, nhờ vào kích thước nhỏ của nó Thanh răng không chỉ thực hiện chức năng lái mà còn hoạt động như một thanh dẫn động, giúp loại bỏ sự cần thiết của các đòn kéo ngang như trong các hệ thống lái khác.
+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp
+ Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ b) Cơ cấu lái trục vít con lăn:
Cơ cấu lái này hiện đang được sử dụng phổ biến nhất trên các ôtô Liên Xô, đặc biệt là ở những loại có tải trọng nhỏ và trung bình.
Hình 2.5 Cơ cấu lái trục vít – con lăn
Cơ cấu lái loại trục vít con lăn được trình bày trong hình, bao gồm trục vít gơbôlôit 1 kết hợp với con lăn 2 có ba ren, đặt trên các ổ bi kim của trục 3 thuộc đòn quay đứng Số lượng ren của cơ cấu này có thể là một, hai hoặc ba, tùy thuộc vào lực truyền qua cơ cấu lái.
Trục vít glô-bô-it giúp tăng cường khả năng tiếp xúc giữa các răng ăn khớp, mặc dù chiều dài trục vít không lớn Điều này dẫn đến việc giảm áp suất riêng và cải thiện độ chống mài mòn, mang lại hiệu suất hoạt động cao hơn.
+ Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn
Cơ cấu lái trục vít chốt quay có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng, với đường trục của con lăn lệch so với đường trục của trục vít một đoạn từ 5 đến 7mm Điều này giúp triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng.
– Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay
Hình 2.6 Cơ cấu lái trục vít – chốt quay
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay cho phép điều chỉnh tỷ số truyền theo yêu cầu Tùy thuộc vào điều kiện chế tạo, có thể tạo ra loại cơ cấu lái với tỷ số truyền không đổi hoặc có thể tăng, giảm khi quay ra khỏi vị trí trung gian Việc gắn chặt chốt vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít tạo ra ma sát trượt, do đó, để nâng cao hiệu suất và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay, chốt được lắp trong ổ bi.
Cơ cấu lái này có hiệu suất thuận và nghịch khoảng 0,7, chủ yếu được sử dụng trong hệ thống lái không có cường hóa Nó được áp dụng chủ yếu cho ô tô tải và ô tô khách.
Cơ cấu lái trục vít đòn quay với chốt quay đang ngày càng ít được sử dụng do áp suất riêng giữa chốt và trục vít cao, dẫn đến hiện tượng chốt mòn nhanh chóng Hơn nữa, độ chịu mài mòn của chốt cũng kém, gây ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống.
Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít, cần dịch chuyển trục quay đứng theo chiều trục và điều chỉnh khoảng hở của trục lái Cơ cấu lái trục vít cung răng là một phần quan trọng trong quá trình này.
Mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng cung răng có hình thang giúp toàn bộ chiều dài cung răng truyền tải trọng hiệu quả Điều này dẫn đến việc giảm áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc và độ mòn của cả trục vít và cung răng Để cải thiện độ cứng vững, trục đòn quay được đặt trong ổ bi kim và các biện pháp hạn chế độ võng của cung răng được áp dụng.
Khe hở ăn khớp có thể thay đổi từ 0,03 mm ở vị trí trung gian đến 0,25 0,6 mm ở hai bên rìa Để điều chỉnh khe hở này, cần thay đổi độ dày của đệm đồng Ngoài ra, việc khắc phục khoảng hở trong các ổ và thanh lăn có thể thực hiện bằng cách giảm bớt các đệm điều chỉnh từ nắp trên của vỏ.
Hình 2.7 Cơ cấu trục vít – cung răng
Giới thiệu về xe Kia Sorento 2015
Hình 3.1 xe kia sorento 2015 Bảng 3.1 Các thống số của xe KIA SORENTO 2015
Chỉ số Đơn vị Chi tiết
Chiều dài cơ sở mm 2400
Khoảng sáng gầm xe mm 184
Trọng lượng không tải kg 1690
Trọng lượng toàn tải kg 2320
Dung tích thùng nhiên liệu lít 72
Loại động cơ Động cơ xăng, 4 xy lanh thẳng hàng, 16 van DOHC,
Hệ thống điều phối van biến thiên thông minh CVVT Động cơ
Dung tích công tác cc 2349
Công suất cực đại HP 172hp tại thời điểm 6000v/p
Momen xoắn cực đại N.m 226 tại thời điểm 3750 v/p
Tốc độ tối đa Km/h 190
Hộp số và dẫn động
Loại hộp số Số sàn (MT) 6 cấp
FWD (dẫn dộng cầu trước)
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực
Trước Đĩa thông gió tản nhiệt
Sau Đĩa thông gió tản nhiệt
Trước Hệ thống treo trước độc lập, cơ cấu thanh chống MacPherson
Sau Hệ thống treo sau đa liên kết
Loại cơ cấu Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng (rack-pinion)
Bán kính quay vòng tối thiểu mm 5440
Kích thước lazang Lazang đúc hợp kim nhôn R18
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS Có
Hỗ trợ phanh khẩn cấp BA
Có Phân phối lực phanh điện tử EBD Có
Túi khí dành cho người lái và hành khách phía trước
Hỗ trợ leo dốc và xuống dốc (HAC
Tổng quan hệ thống lái trợ lực điện xe KIA SORENTO 2015
3.2.1 Tổng quan hệ thống lái của xe
Hình 3.2 Tổng quan hệ thống lái trợ lực điện của xe
1- Thước lái; 2- Mô tơ trợ lực lái;3- Bánh xe; 4- Cơ cấu lái; 5-ảm biến mô men; 6- Vô lăng; 7- ECU; 8- Dây dẫn
Trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) là hệ thống giúp giảm sức cản trong việc điều khiển lái xe bằng cách cung cấp dòng điện từ mô tơ điện Hệ thống bao gồm cảm biến tốc độ xe, cảm biến lái (mômen, vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và mô tơ Tín hiệu từ các cảm biến được gửi đến ECU, nơi tính toán chế độ điều khiển để điều chỉnh hoạt động của mô tơ trợ lực.
Các phần tử chính cua trợ lực lái điện gồm có: Mô tơ điện một chiều; Các cảm biến; Bộ điều khiển trung tâm (ECU); Hộp giảm tốc
Mô tơ điện của hệ thống trợ lực lái là loại mô tơ một chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu, kết nối với bộ truyền động của trợ lực Nhiệm vụ chính của mô tơ chấp hành trong hệ thống trợ lực lái điện là tạo ra mô men trợ lực theo sự điều khiển của ECU, đồng thời phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.
Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng
Mô 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
* 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: Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dòng điện mô tơ) Các chức năng này gồm có:
(1) Điều khiển được dòng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định
Tạo ra lực trợ lực tương ứng với dòng điện cung cấp cho mô tơ, dựa trên tốc độ xe và mô-men tác động lên vành lái, nhằm đảm bảo lực lái phù hợp trong toàn bộ dải tốc độ của xe.
Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho
Mô tơ tương ứng với sự biến động mô-men xoắn đầu vào
Khi ô tô di chuyển với tốc độ thấp, trợ lực lái điện hỗ trợ làm cho vô lăng tự trở về vị trí thẳng sau khi đã quay vòng, nhờ vào việc điều chỉnh dòng điện cho mô tơ.
Khi ô tô di chuyển với tốc độ cao, hệ thống trợ lực lái giúp duy trì ổn định lực tác động lên vành lái trong quá trình quay vòng, chẳng hạn như khi chuyển làn Hệ thống này điều chỉnh dòng điện cung cấp cho mô tơ, cho phép vành lái dễ dàng trở về vị trí thẳng.
(5) Tối đa dòng điện cấp cho mô tơ
Giới hạn dòng điện của mô tơ được thiết lập tối ưu nhằm bảo vệ ECU và mô tơ khỏi hư hỏng do quá tải, đồng thời đảm bảo độ tin cậy với chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi ECU sẽ theo dõi sự sai lệch của các phần tử trong hệ thống, điều khiển các chức năng EPS dựa trên ảnh hưởng của sai lệch và cảnh báo cho người lái xe khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào Hệ thống cũng lưu trữ vị trí của các sai lệch trong ECU, đảm bảo tính đối thoại với các hệ thống khác thông qua chức năng truyền tin và kiểm tra hệ thống EPS.
Cảm biến trong hệ thống trợ lực lái điện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tín hiệu về mô men lái, vận tốc di chuyển của xe và tốc độ trục khuỷu động cơ Hiện nay, phần lớn các hệ thống sử dụng cảm biến mô men lái, với hai loại chính là có tiếp điểm và không có tiếp điểm Loại cảm biến không có tiếp điểm có ưu điểm vượt trội, bao gồm khả năng chống mòn do lão hóa, độ chính xác cao hơn nhờ không bị ảnh hưởng bởi dịch chuyển dọc trục và lệch trục.
Giảm tốc có nhiệm vụ tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện
Trợ lực lái được điều khiển dựa trên các bản đồ đã được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU EPS ECU có khả năng lưu trữ 16 bản đồ, và các bản đồ này sẽ được kích hoạt tại nhà máy dựa trên các yêu cầu cụ thể, chẳng hạn như trọng lượng của ô tô.
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái điện
1- Dòng cấp mô tơ; 2- Tốc độ mô tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái; 6- Điều khiển dòng tối đa cho mô tơ; 7- Điều khiển bù rung động; 8- Điều khiển phục hồi; 9- Điều khiển bù; 10- Điều khiển chính; 11- Dòng đích; Hạn chế dòng cấp áp tối đa ra mô tơ; 13- Điều khiển dòng cấp ra mô tơ; 14- Dòng cấp cho mô tơ
Các bản đồ này được kích hoạt thông qua công cụ quét ECU hoặc hệ thống lái sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế Đối với mỗi loại xe, cả hai bản đồ cho xe hạng nặng và hạng nhẹ đều được lựa chọn Mỗi bản đồ có 5 đặc tính khác nhau tương ứng với các vận tốc chuyển động của ô tô, xác định vùng trợ lực lái có thể hoạt động.
Hình 3.4 Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện
Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước:
Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực để quay vô lăng
Lực tác dụng lên vành lái khiến thanh xoắn trong cơ cấu lái xoay Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn và truyền tải các lực lái đã được tính toán đến ECU.
Cảm biến góc quay của vô lăng sẽ thông báo góc quay vành lái và tốc độ đánh tay lái hiện thời
Dựa vào lực lái, tốc độ di chuyển, tốc độ động cơ, góc quay vô lăng, tốc độ đánh lái và dữ liệu trong ECU, EPS ECU sẽ tính toán lực trợ lái cần thiết và truyền tín hiệu đến động cơ điện.
Trợ lực lái sẽ tác động lên cơ cấu lái một lực trợ lực song song với lực đặt lên vành lái
Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấu lái để quay vòng xe
3.2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái của xe
Có hai kiểu trợ lực điện tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc Kiểu thứ nhất là hộp giảm tốc được đặt trực tiếp trên trục lái, ngay dưới vành lái Kiểu thứ hai tích hợp hộp giảm tốc vào cơ cấu lái, thường là loại bánh răng – thanh răng, và được lắp đặt trực tiếp trên thanh lái ngang.
- Hệ thống lái có trợ lực điện của xe KIA SORENTO 2015
Trên xe KIA SORENTO 2015 môtơ chế tạo rời lắp với trục bánh răngcủa cơ cấu lái
Hình 3.5 Môtơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái
Các tín hiệu từ động cơ và hệ thống phanh được truyền qua mạng CAN về ECU EPS, trong khi các tín hiệu từ các cảm biến khác được gửi trực tiếp đến ECU EPS ECU EPS sẽ thực hiện tính toán và phát lệnh điều khiển mô tơ lực, trong đó tín hiệu từ cảm biến mômen đóng vai trò quan trọng nhất.
3.2.4 Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện
Trong hệ thống trợ lực lái điện, cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải thông tin đến ECU Thông qua các dữ liệu này, ECU sẽ xử lý và đưa ra quyết định về vòng quay của mô tơ trợ lực, đảm bảo hiệu suất lái xe tối ưu.
BẢO DƯỠNGVÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI
Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ôtô và biện pháp khắc phục
Hình 4.1 Hệ thống lái chảy dầu
3 Kiểm tra dữ liệu lưu giữa trên xe
4 Xác nhận các hiện tượng hỏng
5 Kiểm tra hệ thống truyền thông tin
6 Nếu mạng CAN lỗi chuyển sang h nếu không chuyển sang
8 Nếu DTC có tín hiệu chuyển sang (l) nếu không chuyển sang bước tiếp theo
9 Đối chiếu với bảng hư hỏng
10 Nếu tìm thấy lỗi trong bảng chuyển sang bước (l) nếu không chuyển sang bước tiếp theo
11 Phân tích các hư hỏng bằng thiết bị kiểm tra ECU
12 Sửa chữa hoặc thay thế
4.1.1 Chẩn đoán cho cảm biến mô men a) Chẩn “không” cho cảm biến mô men Bằng Thiết bị thử Thông minh
Chú ý: Cần phải chuẩn “không” cho cảm biến mô men bằng thiết bị thử thông minh khi có các hiện tượng sau:
1 Lắp ráp cột lái có cảm biến mô men sau khi thay thế
3 Sau khi thay vành lái
4 Lắp cơ cấu lái sau khi thay thế
5 Có sự khác nhau khi lái sang phải và sang trái
6 Trình tự Chuẩn “không” cho cảm biến mô men bằng thiết bị thử thông minh:
7 Để vành lái ở vị trí chính giữa và các bánh xe dẫn hướng ở vị trí đi thẳng
8 Nôi thiết bị thử với DLC3
9 Bật khóa điện và bật thiết bị thử
10 Vào menu sau: Chassis/EMPS/Utility/ Torque Sensor/
11 Khởi tạo tín hiệu chuẩn “không” của cảm biến mô men và thực hiện chuẩn “không” theo hướng dẫn trên màn hình
Khi hiệu chỉnh, cần lưu ý không tác động vào vành lái và đảm bảo không có giắc nối DTC có tín hiệu ra sau khi hoàn thành chuẩn "không" Nếu phát hiện tín hiệu ra ở DTC nào, cần kiểm tra lại theo quy trình đã có Để chuẩn "không" cho cảm biến mô men, sử dụng thiết bị thử cầm tay SST, đồng thời giữ vành lái ở vị trí chính giữa và các bánh xe dẫn hướng ở vị trí đi thẳng.
Khởi tạo tín hiệu chuẩn “không” của cảm biến mô men
Chú ý: Nếu ECU đã được thay thế thì không cần khởi tạo
1 Dừng xe, tắt khóa điện
2 Sử dụng SST 09843-18040 nối TS và CG của DLC3
3 Sử dụng SST 09843-18040 nối TC và CG của DLC3
5 Tháo đầu TC của DLC3 khoảng hơn 20s
6 Kiểm tra đầu ra của DTC 1515/15
7 Thực hiện chuẩn “không” của cảm biến mô men
8 Chú ý: Không được tác động vào vành lái khi hiệu chỉnh
9 Kiểm tra tất các DTC khác trừ C1515/15
10 Dừng xe và tắt khóa điện
11 Sử dụng SST 09843-18040 nối TS và CG của DLC3 và bật khóa điện
12 Đợi 7 s sau khi đèn báo P/S sáng
13 Đảm bảo đèn P/S nháy với tần số 4 Hz
15 Đảm bảo không có giắc nối DTC có tín hiệu ra sau khi chuẩn
“không” đã hoàn thành Nếu Có tín hiệu ra ở DTC nào thì phải kiểm tra lại DTC đó theo các qui trình đã có
4.1.2 Tháo lắp bộ điều khiển điện tử ECU a)Tháo
Bảng 4.1 Bảng t háo ecu ra khỏi vị trí
Tháo kẹp bọc dây điện
Tháo hai đại ốc và tháo ECU b) Lắp
Bảng 4.2 Bảng lắp ecu vào vị trí
Lắp kẹp bọc dây điện
Lắp ECU và siết hai đai ốc bắt ECU
4.1.3 Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục
Bảng 4.3 Một số hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục
Hiện tượng Nguyên nhân Xử lý
Lái nặng Lốp trước không đủ áp suất, mòn
Bơm đủ áp suất hoặc thay lốp
Khớp cầu treo trước rơ Kiểm tra , thay thế
Lắp ráp cơ cấu lái không đúng
Kiểm tra cơ cấu lái
Mô tơ trợ lực hỏng Thay mô tơ trợ lực
Hệ thống nguồn và ắc qui hư hỏng
Kiểm tra ắc qui, thay nếu cần
Nguồn của ECU không đủ Kiểm tra nguồn ECU
Hiệu quả lái khi quay phải và quay trái khác nhau
Vị trí “không “ của vành lái báo không chính xác
Chuẩn lại cảm biến mô men
Lốp trước không đủ áp suất, mòn
Bơm đủ áp suất hoặc thay lốp
Khớp cầu treo trước rơ Kiểm tra , thay thế
Lắp ráp cơ cấu lái không đúng
Kiểm tra cơ cấu lái
Càm biến mô men trong cọc lái hỏng
Cọc lái trục trặc Kiểm tra
Mô tơ trợ lực hỏng Thay thế
Khi chuyển động lực lái không thay đổi theo vận tốc chuyển động
Khớp cầu treo trước rơ Kiểm tra , thay thế
Cảm biến tốc độ hỏng Thay thế Điều khiển ECU bị trượt Kiểm tra hoặc vành lái không trả về vị trí trung gian
Cảm biến mô men trong cọc lái hỏng
Cọc lái trục trặc Kiểm tra
Mô tơ trợ lực hỏng Thay thế
Hệ thống mạng CAN hỏng Kiểm tra, sửa chữa
Có ma sát khi quay vành lái ở vận tốc thấp
Mô tơ trợ lực hỏng Thay thế
Cọc lái trục trặc Kiểm tra
Có tiếng kêu khi đánh vành lái với tốc độ chậm khi xe dừng
Mô tơ trợ lực hỏng Thay thế
Vành lái rung và có tiếng ồn khi quay vành lái khi xe đứng yên
Mô tơ trợ lực hỏng Thay thế
Cọc lái trục trặc Kiểm tra Đèn P/S luôn bật Điện áp nguồn của ECU Giắc báo tín hiệu P/S chập Nguồn ECU không đủ
Không thể chuẩn “không “ cho cảm biến mô men Đoản mạch giữa hai đầu
TS và CG Nguồn ECU không đủ 4.1.4 Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái a) Bôi trơn hệ thống lái
– Với bộ truyền để hở và làm việc ở tốc độ thấp, nên ta dùng mỡ để bôi trơn
– Các vị trí bôi trơn gồm có:
+ Bánh răng – thanh răng (toàn bộ chiều dài thanh răng)
+ Bôi trơn bạc, dẫn động thanh răng
+ Đầu dẫn động lắp với thanh răng
Hình 4.2 Mỡ bôi trơn b)Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái
Hình 4.3 Tháo vệ sinh thước lái
Trong bảo dưỡng kỹ thuật hàng ngày, việc kiểm tra khoảng chạy tự do của tay lái và tác động của hệ thống lái đối với hướng di chuyển của ôtô là rất quan trọng Đồng thời, cần kiểm tra tình trạng bên ngoài các tấm đệm khít của cơ cấu lái để ngăn ngừa rò rỉ dầu.
Trong bảo dưỡng kỹ thuật cấp một, cần kiểm tra độ kín khít của các mối ghép nối bộ trợ lực lái, đồng thời vặn chặt các đai ốc để đảm bảo cơ cấu lái được gắn chắc vào khung xe và kiểm tra các chốt cầu của đòn lái.
Bảo dưỡng kỹ thuật cấp hai bao gồm các công việc như cọ rửa bầu lọc bơm trợ lực, kiểm tra độ chặt của đòn quay đứng và chốt cầu, cũng như kiểm tra khe hở trong cơ cấu lái Nếu khe hở vượt quá giới hạn quy định, cần thực hiện điều chỉnh Ngoài ra, việc sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái cũng rất quan trọng; để xác định mức độ mài mòn và tính chất sửa chữa, các chi tiết trong hệ thống lái cần được tháo rời.
Hình 4.4 Sữa chữa thước lái
Khi tháo tay lái và đòn quay đứng, cần sử dụng van tháo để đảm bảo an toàn Các hư hỏng phổ biến trong hệ thống lái bao gồm mòn thanh răng – bánh răng, hỏng ống lót, vòng bi và ổ lắp vòng bi Ngoài ra, mặt bích cacte có thể bị sứt mẻ hoặc nứt, bạc trong cácte dành cho ổ bi kim có thể bị mòn, và các chi tiết của khớp cầu thanh chuyển hướng có thể bị cong.
Cần thay thế thanh răng của cơ cấu lái khi bề mặt làm việc bị mòn rõ rệt hoặc lớp tôi bị tróc Đồng thời, cũng nên loại bỏ cung răng nếu phát hiện bề mặt có khe nứt hoặc vết lõm.
Cổ trục của đòn quay đứng cần được phục hồi bằng cách mạ crôm và mài theo kích thước danh nghĩa nếu bị mòn Trong trường hợp trục bị xoắn, cần phải loại bỏ hoàn toàn.
– Các ổ lắp vòng bi cơ cấu lái, nếu bị mòn thì phục hồi bằng cách lắp thêm chi tiết phụ
– Những chổ sứt mẻ và khe nứt trên mặt bích cacte khắt phục bằng phương pháp hàn
Bộ trợ lực lái có thể gặp một số hư hỏng đặc trưng như không có lực tác dụng ở bất kỳ tần số quay nào của động cơ, lực không đủ lớn và không đồng đều khi quay tay lái sang hai bên.