TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN ÔTÔ
Hệ thống lái cơ bản
Hệ thống lái là bộ phận quan trọng giúp điều khiển hướng di chuyển của ô tô, cho phép xe đi thẳng, quay vòng hoặc rẽ trái, phải dựa trên sự tác động của người lái qua vô lăng.
Hệ thống lái ô tô phối hợp với các hệ thống khác để thực hiện việc điều khiển xe, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi xe di chuyển.
- Các bộ phận chính của hệ thống lái.
+ Cơ cấu lái, vô lăng, trục lái: Truyền momen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
+ Dẫn động lái: Truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo động học quay vòng đúng.
Trợ lực lái là tính năng có thể có hoặc không trên xe, giúp giảm bớt lực quay vòng mà người lái phải thực hiện Tính năng này thường được trang bị trên các xe đời mới và xe tải trọng lớn, mang lại sự thuận tiện và an toàn cho người điều khiển.
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định, không bị nhao lái sang hai bên khi đang chuyển động thẳng:
+ Các bánh xe dẫn hướng phải đảm bảo về áp suất, độ mòn và ổn định.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc, mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: Tức là xe có khả năng quay vòng tốt, bán kính quay vòng nhỏ thuận tiện trên diện tích nhỏ.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: Để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, giảm tính ổn định của xe.
- Giảm các va đập từ đường lên vô lăng khi xe chuyển động trên đường xóc, gồ ghề hay chướng ngại vật
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện giúp người lái thoải mái và không tốn nhiều sức lực trong việc lái xe.
- Cơ cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
1.1.3 Phân loại hệ thống lái
- Theo phương pháp quay vòng:
+ 2 bánh trước dẫn hướng: được sử dụng phổ biến nhất trên xe con, xe du lịch, xe tải nhỏ và vừa
+ 4 bánh trước dẫn hướng: Sử dụng trên các xe tải có trọng tải lớn.
+ 4 bánh trước và sau dẫn hướng.
+ Kiều bẻ gãy thân xe.
-Theo vị trí vô lăng:
+ Vô lăng bố trí bên trái.
+ Vô lăng bố trí bên phải.
Tùy thuộc vào luật của các nước mà bố trí khác nhau nhằm thuận lợi cho người lái dễ quan sát, nhất là khi vượt xe.
- Theo kết cấu cơ cấu lái:
+ Thanh răng liên hợp ( Trục vít – liên hợp ecu bi – cung răng ).
- Theo cơ cấu trợ lực.
+ Trợ lực hóa khí ( khí nén hoặc chân không ).
+ Trợ lực thủy lực – điện.
1.1.4 Cấu trúc cơ bản và nguyên lý làm việc hệ thống lái thông thường
Hệ thống lái ô tô hiện nay rất đa dạng về nguyên lý và kết cấu, bao gồm các loại xe con, xe tải, xe sử dụng treo độc lập hay phụ thuộc Tuy nhiên, tất cả đều có bốn bộ phận chính: vành lái, trục lái, cơ cấu lái và dẫn động lái.
Sơ đồ kết cấu 1 hệ thống lái đơn giản.
Hình 1.1 Hệ thống lái đơn giản
1 Vành lái 2 Trục lái 3 Cơ cấu lái 4 Khung xe 5 Các cơ cấu dẫn động lái 1.1.4.2 Cách bố trí hệ thống lái trên xe
Hìn h 1.2 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe
Các bộ phận chính của hệ thống lái
Vành tay lái là bộ phận quan trọng nằm trên buồng lái, có chức năng tiếp nhận momen quay từ người lái và truyền động cho trục lái Cấu trúc của vành tay lái thường giống nhau trên nhiều loại xe, bao gồm vành tròn bằng thép được bọc nhựa hoặc da Nó được lắp ghép với trục lái thông qua các chi tiết như then hoa, ren và đai ốc Ngoài chức năng chính, vành tay lái còn tích hợp một số bộ phận như còi, túi khí và các nút điều khiển khác, góp phần nâng cao tính năng và an toàn cho người lái.
+ Vành lái phải đảm bảo vững chắc và tính thẩm mỹ với nội thất xe.
Trục lái chính có vai trò quan trọng trong việc truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái Phần đầu trên của trục được thiết kế thon gọn và có răng cưa, trong khi vành lái được cố định chắc chắn bằng đai ốc Phần đầu dưới của trục lái chính kết nối với cơ cấu lái thông qua khớp nối mềm hoặc khớp nối các đăng, giúp giảm thiểu chấn động từ mặt đường truyền lên vành tay lái.
+ Ngoài chức năng trên trục lái còn là nơi bố trí các cần điều khiển đèn chiếusáng, xi nhan, gạt mưa và nước rửa kính.
Trục lái cần có độ cứng cao để truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái, đồng thời giảm thiểu rung động từ mặt đường lên vành lái Thiết kế của trục lái phải gọn gàng và bố trí hợp lý để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình vận hành.
+ Hiện nay kết cấu trục lái rất đa dạng, đa số các xe sử dụng loại trục gãy được cấu tạo từ các trục có khớp nối các đăng.
Cấu tạo một trục lái:
Hình 1.3 Các chi tiết của trục lái
1 Phần vành lái 2 Các cần điền khiển đèn, gạt mưa.3 Cụm khóa điện 4 Vỏ trục lái.5 Khớp các đăng 6 Trục các đăng 7 Khớp cao su.
Cơ cấu lái có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động quay của trục lái thành chuyển động thẳng, điều này giúp dẫn hướng các đòn kéo Hiện nay, có nhiều loại cơ cấu lái được sử dụng trên ô tô, nhưng để thực hiện tốt chức năng này, chúng cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định.
+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái phải đảm bảo phù hợp với từng loại ô tô.
+ Có kết cấu đơn giản, tuổi thọ cao và giá thành thấp, dễ dàng tháo lắp và điều chỉnh.
+ Độ rơ của cơ cấu lái phải nhỏ.
- Các kiểu cơ cấu lái:
Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng là một hệ thống đơn giản và phổ biến trên nhiều loại xe ô tô hiện nay Hệ thống này bao gồm một bánh răng nghiêng gắn liền với trục lái, kết hợp với một thanh răng nghiêng, cho phép kết nối trực tiếp với các đòn dẫn động lái thông qua khớp trụ hoặc các thanh dẫn động khác bằng bu lông Mặc dù có cấu trúc gọn gàng, tỉ số truyền của hệ thống này nhỏ, phù hợp cho các loại xe nhỏ Đặc biệt, độ dơ tay lái thấp hơn nhờ vào việc dẫn động trực tiếp, mang lại cảm giác lái chính xác hơn so với các cơ cấu lái khác.
Cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn là một hệ thống điều khiển xe hiệu quả, sử dụng cặp ăn khớp trục vít và con lăn để thực hiện việc chuyển hướng và quay vòng Ưu điểm nổi bật của cơ cấu này bao gồm thiết kế gọn nhẹ, độ bền cao và khả năng chống mòn tốt, giúp nâng cao hiệu suất vận hành của xe.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp.
- Cơ cấu dẫn động lái
Cơ cấu dẫn động lái có vai trò quan trọng trong việc truyền tải chuyển động điều khiển từ hộp lái đến hai ngõng quay của bánh xe Nó đảm bảo mối quan hệ chính xác về góc quay của các bánh xe dẫn hướng, giúp thực hiện các thao tác quay vòng một cách hiệu quả và an toàn.
Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo bằng kết cấu của hình thang lái.
Cơ cấu dẫn động lái, bao gồm các thanh dẫn động và khớp liên kết, được thiết kế khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc khung gầm của từng loại xe.
- 1 số cơ cấu khác trên hệ thống lái.
Bộ phận giảm chấn trên xe có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ người lái khi xảy ra tai nạn Nó hoạt động bằng cách ngăn chặn trục lái chính gây thương tích cho người lái thông qua hai cơ chế: gãy ngay lập tức khi va chạm (shock sơ cấp) và hấp thụ lực tác động từ cơ thể người lái vào vô lăng do quán tính (shock thứ cấp).
Cơ cấu "gật gù" cho phép điều chỉnh vị trí vô lăng theo hướng thẳng đứng, giúp người lái xe có thể tùy chỉnh phù hợp với vị trí ngồi của mình.
Cơ cấu tay lái nghiêng được phân loại thành loại điểm tựa trên và loại điểm tựa dưới.
Hình 1.4 Cơ cấu gật gù của trục lái
Cơ cấu trượt tay lái cho phép người lái điều chỉnh vị trí vô lăng một cách linh hoạt, di chuyển về phía trước hoặc phía sau để phù hợp với tầm vóc và vị trí ngồi của họ.
Hình 1.5 Cơ cấu trượt của trục lái 1.1.4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái cơ bản
Hệ thống lái có trợ lực
1.2.1 Khái niệm hệ thống lái có trợ lực
Hệ thống lái có trợ lực giúp tạo ra lực hỗ trợ khi lái xe, làm cho việc quay vòng tay lái trở nên dễ dàng hơn Việc trang bị hệ thống này mang lại nhiều lợi ích cho người lái, bao gồm sự thoải mái và an toàn hơn trong quá trình điều khiển xe.
Hệ thống hỗ trợ lái giúp giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, đặc biệt khi xe chở tải trọng lớn hoặc di chuyển ở tốc độ cao Với tính năng này, việc quay vòng tay lái trở nên dễ dàng hơn, nhờ vào việc hỗ trợ một phần lực cần thiết.
+ Nâng cao tính an toàn cho xe nhờ sự chính xác và dễ dàng trong lái xe.
+ Giảm nhẹ những va đập từ đường lên vành tay lái do đường xóc, mấp mô.
Bộ trợ lực lái cần đảm bảo rằng lực điều khiển trên vô lăng đủ nhẹ để giảm thiểu cường độ lao động cho người lái, đồng thời vẫn phải cung cấp cảm giác điều khiển chính xác và an toàn.
- Khi hệ thống trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn có thể điều khiển được như hệ thống lái thông thường.
- Kết cấu đơn giản, dễ sửa chữa.
- Bất kì trợ lực lái nào cũng có 3 bộ phận chính sau: Nguồn năng lượng, bộ phận phân phối và cơ cấu chấp hành.
Nguồn năng lượng cho hệ thống trợ lực có thể được cung cấp bởi bơm dầu kết hợp với bình chứa trong trường hợp hệ thống thủy lực, hoặc thông qua ác quy và máy phát điện đối với hệ thống điện.
Bộ phận phân phối là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển, có chức năng phân phối năng lượng cho các cơ cấu chấp hành và duy trì tỷ lệ giữa góc quay của vô lăng và góc quay của bánh xe Các thành phần của bộ phận phân phối có thể bao gồm đường dầu, van, hoặc các mạch điện, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của phương tiện.
+ Cơ cấu chấp hành dùng để tạo lực tác dụng hỗ trợ cho việc quay vành tay lái.
1.2.4 Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hình 1.6 Cụm bơm của hệ thống lái trợ lực thủy lực
1-Bình chứa; 2-Van điều khiển lưu lượng; 3-Thân bơm; 4- Thiết bị bù không tải
Bình chứa dầu trợ lực lái có chức năng chứa và cung cấp dầu, có thể được lắp trực tiếp vào thân bơm hoặc tách biệt với bơm qua hai ống mềm Nắp bình chứa được trang bị thước đo mức dầu để theo dõi lượng dầu bên trong.
Bơm thủy lực là một phần quan trọng trong hệ thống trợ lực thủy lực, được dẫn động bởi động cơ thông qua đai và puli Chức năng chính của bơm là tạo ra áp suất dầu lớn, cung cấp cho van phân phối để dẫn dầu đến các xylanh lực, hỗ trợ quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng.
Lưu lượng của bơm phụ thuộc vào tốc độ động cơ, tuy nhiên, lưu lượng dầu vào hộp cơ cấu lái được điều chỉnh thông qua một van điều khiển lưu lượng Đồng thời, lượng dầu thừa sẽ được trả về đầu hút của bơm.
Cấu tạo của loại bơm phiến gạt:
Hình 1.7 Hình tháo rời của bơm trợ lực kiểu phiến gạt
1-Bình chứa dầu 2-Van xả không khí 3-Đĩa phân phối 4-Rôto quay 5- Trục quay 6-Phiến gạt 7-Cụm van điều tiết 8-Vỏ bơm 9-Nắp bơm.
Bình chứa dầu được dập bằng thép, có chức năng chứa dầu chịu áp suất cao cho bơm Rôto được kết nối với trục bằng then, trên rôto có các rãnh chứa phiến gạt, cho phép phiến gạt di chuyển tự do và được giới hạn bởi đĩa hình ô van Đĩa này được cố định với thân bơm bằng bu lông, trong khi thân bơm thường được đúc bằng gang Lưu lượng của bơm được điều chỉnh ổn định nhờ cụm van điều tiết.
- Van điều khiển lưu lượng.
Van điều khiển lưu lượng có chức năng điều chỉnh dòng chảy dầu từ bơm tới hộp cơ cấu lái, đảm bảo lưu lượng ổn định mà không bị ảnh hưởng bởi tốc độ của bơm Hệ thống lái trợ lực thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý này, giúp cải thiện khả năng điều khiển và giảm thiểu sức lực cần thiết khi vận hành.
Hệ thống lái trợ lực sử dụng năng lượng từ động cơ để điều khiển bơm trợ lực, tạo ra áp suất thủy lực Khi người lái xoay vô lăng, áp suất dầu sẽ kích hoạt van điều khiển, dẫn đến việc pít tông trong xi lanh trợ lái được đẩy lên Nhờ đó, lực cần thiết để điều khiển vô lăng sẽ được giảm thiểu, mang lại sự dễ dàng và thoải mái khi lái xe.
Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống lái trợ lực thủy lực
Bơm trợ lực hoạt động thông qua rô to quay trong vòng cam gắn chắc với vỏ bơm, với các cánh bơm được gắn vào các rãnh trên rô to Khe hở giữa rô to và vòng cam tạo ra buồng chứa dầu, trong đó cánh gạt giữ áp suất và ngăn rò rỉ Khi rô to quay, dung tích buồng dầu thay đổi, dẫn đến việc dầu từ bình chứa được hút vào buồng qua cổng hút và sau đó được ép ra qua cổng xả Bơm có hai cổng hút và hai cổng xả, cho phép dầu được hút và xả hai lần trong một chu kỳ quay của rô to.
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm
Van điều khiển lưu lượng là thiết bị quan trọng trong hệ thống trợ lực lái, giúp duy trì lưu lượng dầu ổn định bất chấp sự thay đổi tốc độ của xe Lưu lượng bơm trợ lực lái tăng theo tỷ lệ với tốc độ động cơ, dẫn đến việc người lái cần ít lực đánh lái hơn khi tốc độ cao Tuy nhiên, điều này có thể gây bất lợi cho sự ổn định lái Ở tốc độ cao, sức cản lốp xe giảm, yêu cầu lực lái ít hơn, do đó, một số hệ thống lái có trợ lực sẽ cung cấp ít trợ lực hơn nhưng vẫn đảm bảo lực lái phù hợp.
Lưu lượng dầu từ bơm tới hộp cơ cấu lái giảm khi xe chạy ở tốc độ cao, dẫn đến việc lái có ít trợ lực hơn Mặc dù lưu lượng của bơm tăng lên khi tốc độ bơm gia tăng, nhưng lượng dầu tới hộp cơ cấu lái vẫn giảm Hệ thống này được gọi là lái có trợ lực nhạy cảm với tốc độ và bao gồm van điều khiển lưu lượng cùng một ống điều khiển.
Thiết bị bù không tải là một phần quan trọng trong hệ thống bơm trợ lực, giúp giải quyết vấn đề giảm tốc độ không tải của động cơ khi bơm tạo ra áp suất dầu lớn nhất do việc quay vành tay lái hết cỡ Hầu hết các bơm trợ lực hiện nay đều được trang bị thiết bị này nhằm tăng tốc độ không tải của động cơ, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.
1.2.5 Hệ thống lái trợ lực điện
GIỚI THIỆU VỀ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN ÔTÔ
Khái quát hệ thống lái trợ lực điện
2.1.1 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện
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, được kết nối với bộ truyền động của trợ lực lái 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: Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dòng điện mô tơ) các chức năng này gồm có:
Điều khiển dòng điện cấp cho mô tơ theo quy luật xác định giúp tạo ra lực trợ lực tương ứng với tốc độ xe và mô-men đặt lên vành lái, đảm bảo lực lái phù hợp trong toàn dải tốc độ.
Điều khiển bù là phương pháp giúp giảm thiểu biến động lực lái bằng cách điều chỉnh dòng điện cung cấp cho mô tơ, tương ứng với sự thay đổi của mô-men xoắn đầu vào.
Khi ô tô di chuyển với tốc độ chậm, hệ thống trợ lực lái điện sẽ điều chỉnh dòng điện mô tơ để giúp vô lăng tự động trở lại vị trí thẳng sau khi đã quay vòng.
Khi ô tô di chuyển với tốc độ cao, hệ thống trợ lực lái giúp duy trì lực tác động lên vô lăng trong quá trình quay vòng, chẳng hạn như khi chuyển làn đường Điều này được thực hiện bằng cách điều chỉnh dòng điện cung cấp cho mô tơ, giúp vô lăng dễ dàng trở về vị trí thẳng.
(5) Tối đa dòng điện cấp cho mô tơ:
Giới hạn dòng điện của mô tơ được tối ưu hóa để bảo vệ ECU và mô tơ khỏi hư hỏng do quá tải, đồng thời đảm bảo độ tin cậy thông qua chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi.
+Để đảm bảo độ tin cậy trong ECU sẽ có mạch tự chuẩn đoán và sửa lỗi).
Hệ thống sẽ theo dõi sự sai lệch của các phần tử và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ điều khiển các chức năng EPS tương ứng và cảnh báo cho người lái xe Đồng thời, hệ thống cũng lưu trữ vị trí của 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).
Các cảm biến trong hệ thống trợ lực lái điện có vai trò quan trọng trong việc cung cấp tín hiệu về mô men lái, vận tốc chuyển động xe và tốc độ trục khuỷu động cơ Hiện nay, hầu hết các hệ thống sử dụng cảm biến mô men lái, trong đó có hai loại chính: có tiếp điểm và không có tiếp điểm Loại không tiếp điểm có ưu điểm vượt trội như không bị mòn do lão hóa, độ trễ từ nhỏ, và ít bị ảnh hưởng bởi dịch chuyển dọc trục và lệch trục Bên cạnh đó, giảm tốc trong hệ thống này giúp tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái.
2.1.2 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện
Trợ lực lái được điều khiển dựa trên các bản đồ 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 tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể, chẳng hạn như trọng lượng của ô tô.
Hình 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện
Dòng cấp mô tơ là yếu tố quan trọng trong việc điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất của mô tơ Tốc độ và vận tốc mô tơ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hoạt động của thiết bị Mô men lái cần được điều chỉnh để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành Điều khiển dòng tối đa cho mô tơ và hạn chế dòng cấp áp tối đa ra mô tơ giúp bảo vệ thiết bị khỏi quá tải Các hệ thống điều khiển bù rung động, phục hồi và bù đều đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất ổn định Cuối cùng, việc điều khiển dòng cấp ra mô tơ và dòng đích là cần thiết để đảm bảo mô tơ hoạt động hiệu quả và an toàn.
Các bản đồ này được kích hoạt bằng các công cụ quét ECU hoặc hệ thống lái sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế Đối với mỗi loại xe, bản đồ tương ứng cho xe hạng nặng và hạng nhẹ được lựa chọn Mỗi bản đồ có 5 đặc tính khác nhau tương ứng với các vận tốc chuyển động của ô tô, và chúng xác định vùng trợ lực lái có thể hoạt động.
Hình 2.2 Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện
Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước:
Bước 1: trợ lực lái sẽ bắt 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, trong khi cảm biến moomen lái xác định góc quay của thanh xoắn Thông tin này sau đó được gửi đến ECU với các lực lái đã được tính toán trước.
Bước 3: cảm biến góc quay của vô lăng sẽ thông báo góc quay vành lái và tốc độ đánh tay lái hiện thời
Bước 4: Dựa vào lực lái, tốc độ di chuyển, tốc độ động cơ, góc quay vô lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ lưu trữ trong ECU, hệ thống EPS sẽ tính toán lực trợ lực cần thiết và truyền tín hiệu 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.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS
Có hai kiểu trợ lực điện tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc Kiểu đầu tiên là hộp giảm tốc được đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành lái Kiểu thứ hai là hộp giảm tốc tích hợp vào cơ cấu lái, thường sử dụng cơ cấu bánh răng – thanh răng và được đặt trực tiếp trên thanh lái ngang.
2.2.1 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 1
Trong hệ thống trợ lực lái kiểu này được sử dụng trên xe Kia Mornig,
Vào năm 2009, Toyota Vios 2008 và Corolla Altis 2009 được trang bị một mô tơ điện trợ lực cùng với cơ cấu giảm tốc trục vít-bánh vít, được lắp đặt ở trục lái chính, trước đoạn các đăng trục lái Tại vị trí này, cảm biến mômen lái cũng được bố trí, bên cạnh bộ điều khiển điện tử của hệ thống trợ lực lái điện (EPS ECU) Hình 1.4 minh họa cấu tạo của hộp giảm tốc.
Hình 2.3 minh họa hệ thống trợ lực lái điện, bao gồm các thành phần chính như moto (1), cảm biến mômen (2), trục lái (3), trục vít - bánh vít (4), cơ cấu lái trục răng - thanh răng (5), và ly hợp điện từ (6) Hệ thống này giúp cải thiện khả năng điều khiển của xe, mang lại trải nghiệm lái an toàn và thoải mái hơn.
Hình 2.4 Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực lái kiểu 1
1-vòng bi; 2- trục vít; 3- vỏ trục lái; 4- khớp nối; 5- roto; 6- stator; 7- trục môtơ; 8- trục lái chính; 9- bánh vít
Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống:
Hệ thống điều khiển theo sơ đồ tổng quát cho thấy EPS ECU nhận 4 nhóm tín hiệu đầu vào chính.
Hình 2.5 Tổng quát hệ thống điều khiển
Sơ đồ trợ lực lái kiểu 1
A-Tín hiệu cảm biến mô men số 1; B- Tín hiệu cảm biến mô men số2; 1- Giắc nối đa năng số 1; 2- Giắc nối đa năng số 2; 3- Táp lô; 4- ABS+TRC ECU; 5- Cảm biến tốc độ ô tô; 6- ECU Mô tơ ; 7- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 8- Đèn báo; 9- Mô tơ trợ lực;10- EPS ECU; 11- Giắc kết nối dữ liệu số 1; 12- Giắc kết nối dữ liệu số 2
1 Nhóm tín hiệu (2 hoặc 4 tín hiệu) từ cảm biến mômen lái
2 Tín hiệu vận tốc chuyển động ô tô có thể gửi trực tiếp về EPS ECU hoặc thông qua ECU truyền lực và mạng điều khiển vùng ( CAN – Controller Area Network) và các giắc nối truyền tới EPS ECU.
3 Tín hiệu tốc độ mô tơ ( xung biểu diễn số vòng quay trục khuỷu ne từcảm biến trục khuỷu) thông qua ECU động cơ và mạng CAN truyền tới EPS ECU.
4 Nhóm dữ liệu cài đặt và tra cứu thông qua giắc kết nối dữ liệu DLC3(Data Link Connector) để truy nhập các thông tin cài đặt và tra cứu thông tin làm việc của hệ thống và báo lỗi hệ thống.
Hình 2.6 Bố trí các cụm và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S
1- Đèn báo; 2-EPS ECU; 3- ECU Mô tơ ; 4- Bảng táp lô;5- Trục lái(cảm biến mô men, Mô tơ điện 1 chiều,cơ cấu giảm tốc);6- ECU điều khiển trượt.
Những sự cố trong quá trình vận hành hệ thống được ghi lại trong bộ nhớ của EPS ECU và cảnh báo bằng đèn P/S trên Bảng táp lô 4
2.2.2 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2
Kiểu này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực:
+Thứ nhất là loại môtơ chế tạo rời lắp với trục bánh răng của cơ cấu lái sử dụng trên xe Toyota Lexus.
Môtơ trợ lực lái liền khối là loại môtơ được tích hợp trực tiếp với cơ cấu lái, thường thấy trên xe BMW Loại môtơ này không chỉ gọn gàng mà còn là một phần thiết yếu của hệ thống lái Tuy nhiên, chi phí cho hệ thống này tương đối cao Hiện nay, phương án này cũng đang được áp dụng cho các dòng xe Lexus từ năm 2006.
Hình 2.7 Môtơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái 1-Khớp cầu; 2- Chụp cao su; 3- Thanh lái; 4- Mô tơ; 5- Giắc điện; 6-Trục lái
Mô tơ được cấu tạo với phần kéo dài của thanh răng 13 được thiết kế dưới dạng trục vít, ăn khớp với đai ốc 7, tạo liên kết cứng với rôto.
10 của mô tơ trợ lực lái thông qua các viên bi tuần hoàn 9.
Hình 2.8 Sơ đồ trợ lực lái điện trên cơ cấu lái
1- Cảm biến mô men; 2- Vành tay lái; 3- Cảm biến góc quay; 4- Mô tơ trợ lực; 5- Tăng điện thế.
Hình 2.9 Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay
1-Cảm biến mô men; 2- Stator; 3- Cuộn dây; 4- Bi cầu; 5- Giắc điện; 6- Gioăng làm kín; 7- Đai ốc; 8-Chốt ; 9- Bi cầu; 10- Rô to; 11- Nam châm; 12-
Vỏ thanh răng; 13- Thanh răng của cơ cấu lái; 14- Vòng bi
Cảm biến mô men là thiết bị không tiếp điểm được lắp đặt trên trục lái, có chức năng gửi tín hiệu về giá trị mô men đến ECU EPS Dựa vào tín hiệu này, ECU EPS sẽ tính toán chế độ trợ lực theo chương trình đã cài đặt và điều khiển mô tơ trợ lực bằng chuỗi xung, tạo ra các mức điện áp khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu trợ lực mạnh hay yếu.
Trong hệ thống điều khiển EPS, nhằm tăng độ nhạy và giảm kích thước cũng như trọng lượng của mô tơ điều khiển, ECU được trang bị mạch tăng thế, nâng điện áp điều khiển lên gấp đôi, đạt 24V.
Hình 2.10 Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay
1- Trục bánh răng của cơ cấu lái; 2- Thanh xoắn; 3- Trục vào; 4- Thanh răng; 5- Cuộn phân tích 1; 6- Cuộn phân tích 2.
Các tín hiệu từ động cơ và hệ thống phanh được truyền qua mạng CAN đến EPS ECU, trong khi các tín hiệu từ các cảm biến khác được gửi trực tiếp đến EPS ECU EPS ECU sẽ thực hiện tính toán và phát lệnh điều khiển mô tơ lực, với tín hiệu từ cảm biến mômen đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình này.
Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện
Trong hệ thống trợ lực lái điện, cảm biến đóng vai trò quan trọng, không thể thiếu Chúng có nhiệm vụ truyền tải thông tin đến ECU, giúp ECU xử lý dữ liệu và đưa ra quyết định về tốc độ quay của mô tơ trợ lực.
Hệ thống lái trợ lực điện – điện tử bao gồm các cảm biến quan trọng như cảm biến mômen lái, cảm biến tốc độ đánh lái (tốc độ quay của vành lái) và cảm biến tốc độ ôtô Những cảm biến này đóng vai trò thiết yếu trong việc cải thiện hiệu suất và độ an toàn của hệ thống lái.
2.3.1 Cảm biến tốc độ đánh lái
2.3.1.1 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.
Hình 2.11 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
2.3.1.2 Loại cảm biến tốc độ đánh lái loại hiệu ứng Hall
Cảm biến dạng xung số có cấu tạo đơn giản và dễ lắp đặt, vì vậy nó thường được sử dụng trên các xe hiện đại ngày nay.
Cấu tạo của cảm biến gồm 1 rôto nam châm nhiều cực gắn với trục lái Một
Cảm biến IC Hall được lắp đặt đối diện với vành nam châm, cách nhau từ 0,2 đến 0,4 mm Nó hoạt động với nguồn điện 12V một chiều và khi tay lái được quay, vành nam châm sẽ xoay, tạo ra từ trường tác động lên IC Hall, từ đó sinh ra chuỗi xung vuông từ 0V đến 5V Số lượng xung này tăng dần theo góc quay của trục lái Tín hiệu xung sẽ được truyền về EPS ECU để phân tích thành góc quay và tốc độ đánh lái, nếu được tích hợp vào mạch đếm thời gian.
1- Vỏ; 2- Rô to nam châm; 3- Ổ bi; 4- IC Hall; 5- Giắc điện; 6- Nhựa từ tính
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 ngoài 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, chốt và lõi thép tương ứng với các trường hợp quay vòng phải, vị trí trung gian và quay vòng trái được minh họa rõ ràng trong Hình 2.13.
Cảm biến mômen lái loại lõi thép trượt có các vị trí làm việc quan trọng, bao gồm: lái phải, trung gian và lái trái Hệ thống bao gồm cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, cùng với lõi thép trượt, giúp đo lường và điều chỉnh mômen lái một cách chính xác.
Trục lái bao gồm trục vào, gắn với phần trên của trục lái, và trục ra, kết nối với phần tiếp theo của trục lái tới cơ cấu lái Giữa trục vào và trục ra được liên kết bằng một thanh xoắn Trên trục vào, lắp một vành cảm ứng số 1 với các rãnh để cài với các răng của vành cảm ứng số 2, trong khi vành cảm ứng số 3 cũng có các răng và rãnh được lắp trên trục ra.
Bên ngoài các vòng cảm ứng, có hai loại cuộn dây: cuộn dây cảm ứng và cuộn dây bù Sơ đồ nguyên lý của cảm biến cùng với các đặc tính liên quan được thể hiện trong hình 2.14.
Hình 2.14 Vị trí lắp, cấu trúc và đặc tính của cảm biến mômen lái loại lõi thép xoay
1- Cảm biến mô men; 2- Trục lái chính; 3- Bộ giảm tốc; 4- Vô lăng; 5- Vành phát hiện 1; 6- Trục sơ cấp;7- Cuộn dây bù;8-Vành cảm ứng 1; 9- Vành cảm ứng 3; 10-Trục thứ cấp; 11- Từ trục lái; 12- Từ cơ cấu lái; 13-Vành cảm ứng22.3.2.3 Loại 4 vành dây
Hình 2.15:.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
- Phần stato có 2 vành dây, các dây được cuốn trên các răng thép định hình
Phần rôto bao gồm hai vành dây: một vành gắn với trục răng và vành còn lại gắn với các đăng trục lái Hai vành này có khả năng xoay lệch nhau, tạo ra sự linh hoạt trong hoạt động.
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:
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến mômen lái loại 4 vành dây
2.3.3 Cảm biến tốc độ ôtô
- Loại công tắc lưỡi gà
- Loại mạch từ trở MRE
2.3.3.1 Loại công 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 côngtơmét Khi ô tô chuyển động, thông qua bánh vít- trục vít ở trục thứ cấp hộp số làm cho dây côngtơmét quay và làm quay mâm nam châm Từ trường của nam châm làm cho công 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 táplô.
Hình 2.17 Cảm biến loại công tắc lưỡi gà 1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Nam châm; 3- Công tắc lưỡi gà
Hình 2.18 Cảm biến loại từ điện 1- Rô to; 2- Cảm biến tốc độ; 3- Trục thứ cấp
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.
2.3.3.3 Loại quang điện Được lắp ngay sau đồng hồ côngtơmét Nó gồm 1 cánh xẻ rãnh được dẫn động quay từ dây côngtơmét Cánh xẻ rãnh quay giữa khe của đèn LED và phototransittor ( Tranzito 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 tranzito quang đ tạo nên chuỗi xung vuông 0V– 5V tỷ lệ với tốc độ quay của trục thứ cấp hộp số phản ảnh tốc độ ôtô.
Hình 2.19 Cảm biến loại quang điện
1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Tranzito; 3- Cặp quang điện; 4- Bánh xe có khía rãnh
2.3.3.4 Loại mạch từ trở MRE
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA ALTIS 1.8
Giới thiệu về Toyota Corolla Altis 1.8
3.1.1 Thông số của xe Toyota Corolla Altis 1.8
- Corolla Altis 1.8 là một trong ba mẫu sedan chủ lực của hảng Toyota: Camry, Altis, Vios
Corolla Altis được trang bị động cơ xăng 3ZR-FE và hộp số tự động 4 cấp, mang đến khả năng vận hành mạnh mẽ khi cần bứt phá tốc độ Xe còn tích hợp nhiều công nghệ mới, đảm bảo sự êm ái và tiện nghi cho hành khách.
Toyota Corolla Altis sở hữu thiết kế nội và ngoại thất thể thao, trẻ trung với những điểm nhấn sang trọng và cao cấp Xe được trang bị nhiều hệ thống an toàn và tiện nghi như túi khí và hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS, nổi bật với sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối Mẫu xe này khẳng định giá trị truyền thống thông qua nền tảng thiết kế và công nghệ hiện đại.
Hình 3.1 Hình dáng tổng thể xe Toyota corolla Altis 1.8
Bảng 3.1 Các thông số kĩ thuật chính của xe
STT THÔNG SỐ Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài tổng thể L mm 4540
2 Chiều rộng tổng thể B mm 1760
3 Chiều cao tổng thể H mm 1465
4 Chiều dài cơ sở Lcs mm 2600
5 Chiều rộng cơ sở ( trước, sau) mm 1520
6 Trọng lượng toàn bộ G kg 1675
7 Số chỗ ngồi ( kể cả người lái) n Chỗ 05
8 Đường kính xi lanh mm 94
10 Dung tích xi lanh cc 1987
11 Công suất cực đại Kw/v/ph 139/5600
12 Momen xoắn cực đại Nm/v/ph 189/4400
13 Tốc độ động cơ Km/h 193
STT Tên hệ thống, trang thiết bị Loại thiết bị
1 Hộp số 4 số tự động
Sau Đĩa thông gió 15’’ Đĩa 15’’
4 Hệ thống lái Trợ lực điện
Tích hợp đèn bảo vệ
Cùng màu thân xe Có
8 Hệ thống gạt mưa Gián đoạn , điều khiển bán thời gian
9 Tấm ốp hướng cản trước có
10 Tấm ốp hướng gió sườn trái/phải
11 Tấm ốp cản gió sau Có
12 Chụp ống cả mạ crom có
13 Tay lái Loại Điều chỉnh 4 hướng
4 chấu ,bọc da có lẫy chuyển số có
14 Các nút điều chỉnh Âm thanh, màn hình đa phương tiện có
15 Bảng đồng hồ Loại option
16 Cửa sổ điều chỉnh điện Có
17 Khóa cửa trung tâm Có
18 Khóa cửa từ xa Có
19 Tay nắm cần số ốp gỗ và mạ bạc
20 Hệ thống âm thanh Loại AM/FM/MP3/WMA
21 Hệ thống điều hòa nhiệt độ Chỉnh tay
23 Hàng ghế trước Trượt, ngả, điều chỉnh độ cao mặt ghế
27 Chốt an toàn cho trẻ em Có
28 Hệ thống chống trộm Có
30 Dây đai an toàn Cả 4 ghê
31 Khung hấp thụ xung lực
Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Corolla Altis 1.8
3.2.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái trên xe Toyota Corolla Altis 1.8
Toyota Corolla Altis 1.8 được trang bị hệ thống lái trợ lực điện, bao gồm các bộ phận chính như vành tay lái, trục lái, bộ trợ lực điện, cơ cấu lái và dẫn động lái.
- Bộ trợ lực được đặt trên trục lái gồm: ECU, mô tơ điện, các cảm biến và dây dẫn.
- Cơ cấu lái là loại thanh răng bánh răng Loại này có kết cấu nhỏ gọn, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản.
- Tay lái có thể điều chỉnh gật gù, gần xa để thích hợp với từng người lái.
Hình 3.2 Cụm vô lăng 1-Vô lăng; 2-Nắp che dưới vô lăng; 3-Mặt vô lăng.
+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái.
- Vô lăng loại 4 chấu hình tròn bên trong bằng thép bọc nhựa bên ngoài Gồm các chi tiết:
+ Mặt vô lăng 3: Là nơi bố trí công tắc còi và túi khí lái xe.
+ Các đai ốc và momen xiết chuẩn như trên hình.
+ Ngoài ra còn có các nút điều khiển khác trên mặt vô lăng như điều khiển âm lượng, radio, nghe gọi điện thoại
Trục lái là thành phần quan trọng trong hệ thống lái, có chức năng truyền momen từ vô lăng đến cơ cấu lái Trục lái của xe Toyota Corolla Altis 1.8 có cấu tạo phức tạp, cho phép điều chỉnh độ nghiêng của vành tay lái và rút ngắn trụ lái trong trường hợp va chạm, nhằm bảo vệ người lái Ngoài ra, trụ lái cũng là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác như cần điều khiển hệ thống đèn, cần gạt nước, cần điều khiển hộp số, cùng với hệ thống dây điện và các đầu nối điện.
Hình 3.3 Cấu tại trục lái
1- Đầu trục nối với vô lăng; 2- Vòng chặn; 3- Ổ bi; 4- Trục trượt; 5- Ống trượt trục; 6- Tấm hãm; 7- Vòng bi; 8- Trục chính; 9- Giá đỡ trên trục; 10- Khớp các đăng; 11- Trục các đăng; 12- Vòng chặn; 13- Bu lông hãm; 14- Cần khoá
Trục các đăng là bộ phận quan trọng kết nối giữa trục lái và cơ cấu lái, giúp truyền lực một cách hiệu quả Trên trục các đăng, khớp nối chữ thập cho phép điều chỉnh độ lệch giữa trục lái và trục vít của cơ cấu lái, đảm bảo hoạt động mượt mà ngay cả khi hai trục không đồng trục.
Một số bộ phận khác lắp trên trục lái.
- Cụm công tắc điều khiển và cáp xoắn.
+ Điều khiển đèn xi nhan, đèn pha, gạt mưa, nước rửa kính.
+ Bố trí dưới vô lăng, gồm 2 cần điều khiển giúp người lái thuận tiện điều khiển đèn, gạt mưa khi đang lái xe.
+ Cáp xoắn: Là bộ phận của hệ thống túi khí có chức năng chuyền dòng kích nổ của bộ cảm biến túi khí trung tâm đến bộ thổi khí.
- Cụm khóa điện: Có chức năng khóa lái, bật khóa điện, khởi động động cơ và tắt động cơ.
- Cơ cấu lái là loại thanh răng bánh răng:
+ Chức năng biến chuyển động quay từ trục lái thành chuyển động ngang của thanh răng từ đó chuyền ra các bánh dẫn hướng.
+ Được truyền chuyển động từ trục lái thông qua trục lái trung gian Trục lái trung gian gồm 2 khớp nối các đăng 2 đầu.
Dẫn động lái trên ôtô Toyota Corolla Altis 1.8 bao gồm các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh xe Bộ phận quan trọng nhất là hình thang lái, bao gồm cầu trước, đòn kéo ngang và các cạnh bên, đảm bảo động học quay vòng chính xác cho bánh xe Điều này giúp giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định khi quay vòng.
1- Rô tuyn lái ngoài; 2-Đai ốc rô tuyn lái trong 3-Rô tuyn lái trong; 4- Cao su chắn bụi.
Hình 3.6 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên (rô tuyn lái ngoài)
1- Vòng kẹp; 2- Bạc lót; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5- Lò xo. 3.2.2.4 Cơ cấu trợ lực lái
- Mô tơ điện trợ lực:
Mô tơ điện trợ lực lái là loại mô tơ điện một chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu, được lắp đặt trên trục lái của xe Chức năng chính của nó là cung cấp lực hỗ trợ cho người lái, giúp việc điều khiển xe trở nên dễ dàng hơn khi quay vòng.
+ Mô tơ điện trợ lực nhận tín hiệu điều khiển của ECU để cung cấp lực hỗ trợ đã được tính toán và cái đặt từ trước.
+ Cấu tạo mô tơ trợ lực điện.
Hình 3.7 Mô tơ điện trợ lưc
1-vòng bi; 2- trục vít; 3- vỏ trục lái; 4- khớp nối; 5- roto; 6- stator; 7- trục môtơ; 8- trục lái chính; 9- bánh vít
- Cảm biến momen lái (loại lõi thép xoay)
Khi lái xe, mô men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến thông qua trục lái chính Vòng phát hiện được bố trí trên trục sơ cấp và trục thứ cấp để đo mô men lái, với trục sơ cấp và trục thứ cấp được kết nối bằng một thanh xoắn.
Hình 3.8 Cấu tạo cảm biến mô men trục lái
1 - Vòng phát hiện thứ nhất 2 - Trục sơ cấp; 3 - Cuộn dây bù 4 - Vòng phát hiện thứ hai 5 - Cuộn dây phát hiện 6 - Vòng phát hiện thứ ba 7 - Trục thứ cấp.
- Cảm biến tốc độ oto (loại điện từ)
Hình 3.9 Cảm biến loại từ điện 1- Rô to; 2- Cảm biến tốc độ; 3- Trục thứ cấp
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.
ECU trợ lực lái là bộ điều khiển trung tâm, có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến và xử lý thông tin để điều khiển mô tơ Thiết bị này được lắp đặt dưới ốp bảng táp lô, giúp cải thiện khả năng lái xe và tăng cường sự an toàn khi điều khiển phương tiện.
3.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực trên xe Toyota Corolla Altis1.8
Hình 3.10 Kết cấu bố trí hệ thống lái trợ lực điện (EPS)
1-Cơ cấu lái; 2-mô tơ điện; 3-hộp số truyền, 4-cảm biến momen trục lái; 5- cảm biến tốc độ oto, 6-ECU; 7-các đường điện.
+ Khi quay người lái quay vành tay lái sang trái hoặc sang phải lực quay vòng sẽ được truyền xuống trục lái chính.
Trục lái quay và mô men lái thanh xoắn tạo ra độ lệch pha giữa vòng phát hiện thứ hai và ba Tín hiệu tỉ lệ với mô men này được gửi đến ECU dựa trên độ lệch pha đã xác định.
Cảm biến tốc độ ô tô gửi tín hiệu đến ECU trợ lực lái, giúp điều chỉnh mức độ hỗ trợ lái phù hợp với từng tốc độ của xe.
ECU tiếp nhận dữ liệu từ các cảm biến và xử lý thông tin đó, sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến mô tơ điện Tín hiệu điều khiển này chính là cường độ dòng điện được cung cấp cho mô tơ điện.
+ Mô tơ điện được điều khiển lực hỗ trợ bằng ECU, mô tơ hỗ trợ 1 lực quay vòng trục lái thông qua hộp số truyền.
Trục lái kết nối và truyền mô men đến trục lái trung gian, trong khi trục lái trung gian được trang bị các khớp các đăng để duy trì mô men quay khi vị trí của trục lái và vành tay lái thay đổi.
+ Trục lái trung gian truyền momen đến cơ cấu lái Ở cơ cấu lái chuyển động quay của bánh răng được biến đổi thành chuyển động ngang của thanh răng.
Chuyển động ngang của thanh răng được truyền đến các bánh xe dẫn hướng thông qua hệ thống lái Bánh dẫn hướng sẽ xoay theo hướng mà người lái mong muốn, với lực hỗ trợ được tính toán và điều khiển bởi ECU thông qua mô tơ điện.
CHƯƠNG 4: BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI
Bảo quản và bảo dưỡng xe là nhiệm vụ quan trọng mà người lái xe, thợ sửa chữa và chủ xe cần thực hiện thường xuyên Việc này giúp phát hiện sớm các hư hỏng, từ đó sửa chữa kịp thời để đảm bảo xe luôn vận hành an toàn và hiệu quả.
Một số hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục
Để xác định hư hỏng của hệ thống lái, cần nhận biết các biểu hiện hư hỏng để khoanh vùng và kiểm tra Quy trình kiểm tra bắt đầu từ việc quan sát các cơ cấu, sau đó tiến hành kiểm tra bằng tay và máy móc Cuối cùng, lái thử giúp cảm nhận rõ ràng hơn về các hư hỏng.
Một số hư hỏng của hệ thống lái:
Bảng 4.1 Nguyên nhân hư hỏng khi bị nặng láiNguyên nhân Kiểm tra, xử lý Áp suất lốp, lốp mòn không đều.
- Kiểm tra áp suất lốp và bổ xung theo tiêu chuẩn lốp.
- ĐẢo lốp như hình vẽ
- Đo chiều cao hoa lốp.
Góc đặt bánh xe không đúng.
- Kiểm tra góc đặt bánh xe: Đánh dấu điểm khi bánh xe thẳng lái và thực hiện đánh dấu điểm khi đánh hết lái sang trái và phải.
- Đối với xe không tải: Bánh xe bên trong 38°11' +/- 2°
Bánh xe bên ngoài 32°49' Khớp cầu treo trước rơ.
- Kiểm tra và thay thế.
Mô tơ trợ lực hỏng
- Thay thế mô tơ trợ lực
Nguồn điện cung cấp cho hệ thống trợ lực
- Kiểm tra ắc quy. không đủ.
- Kiểm tra và thay thế ECU.
Cao su che bụi bị hở.
- Kiểm tra cao su che bụi có bị hở hay không và thay thế.
Bảng 4.2 Nguyên nhân hư hỏng khi xe bị nhao lái Nguyên nhân Kiểm tra, xử lý
- Kiểm tra và bổ xung đều áp suất lốp.
- Lốp bị dính nhiều bùn đất làm mất cân bằng, cần gạt bỏ bùn đất
- Cân bằng động lại lốp.
Thước lái - Kiểm tra và điều chỉnh đầu thanh nối (rô tuyn lái ngoài)
Bánh dẫn hướng bị rơ.
- Lắc ngang và dọc để kiểm tra độ rơ của bánh dẫn hướng. + Rơ ngang: Do rô tuyn lái ngoài.
+ Rơ dọc: Do rô tuyn cân bằng hoặc hệ thống treo.
4.1.3 Khi quay lái sang trái và sang phải hiệu quả khác nhau
Bảng 4.3 Nguyên nhân hư hỏng khi quay lái sang 2 bên khác nhau
Nguyên nhân Kiểm tra, xử lý
Vị trí chính giữa của vành tay lái không đúng.
- Điều chỉnh lại vị trí vành lái:
+ Quay vành lái cho bánh xe về vị trí thẳng.
+ Tháo vành lái và lắp lại vị trí chính giữa.
Rô tuyn lái 2 bên không chính xác.
- Điều chỉnh lại rô tuyn lái trong 2 bên.
Cảm biến momen trong trục lái bị hỏng.
- Thay thế cảm biến momen.
Trục lái trung - Khi tháo lắp trục lái trung gian cần đánh dấu vị trí. gian lắp không đúng.
- Lắp lại trục lái trung gian cần đúng theo dấu đã được đánh khi tháo.
Khớp cầu treo - Kiểm tra, thay thế.
4.1.4 Khi chuyển động lực lái không thay đổi theo vận tốc hoặc vành lái không trả về vị trí trung gian
Bảng 4.4 Nguyên nhân hư hỏng khi chuyển động lái không thay đổi theo vận tốc
Nguyên nhân Kiểm tra xử lý
Cảm biến tốc độ hỏng.
- Kiểm tra và thay thế cảm biến tốc độ.
Cảm biến momen bị hỏng
- Kiểm tra thay thế cảm biến momen.
Mô tơ trợ lực hỏng.
-Thay thế mô tơ trợ lực.
4.1.5 Không có độ rơ hay độ rơ quá lớn
Bảng 4.5 Nguyên nhân hư hỏng khi không có độ rơ hoặc độ rơ quá lớn
Nguyên nhân Kiểm tra, xử lý
- Kiểm tra các khớp các đăng của trục trung gian.
Cơ cấu lái mòn - Kiểm tra và thay thế.
- Kiểm tra và thay thế.
Bảo dưỡng hệ thống lái
Bảo dưỡng hệ thống lái cần làm thường xuyên và đúng tiêu chuẩn Có các cấp kiểm tra bảo dưỡng hệ thống lái như sau:
Kiểm tra bảo dưỡng hằng ngày rất quan trọng đối với người lái xe Bạn nên thực hiện kiểm tra bằng cách đánh lái cả khi khởi động và không khởi động để cảm nhận tình trạng hệ thống lái Lưu ý các dấu hiệu như bị dơ, nhao lái, trợ lực lái không đủ hoặc nặng lái trong quá trình lái xe Ngoài ra, đừng quên kiểm tra và bổ sung áp suất lốp để đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông.
- Kiểm tra cơ cấu lái và dẫn động lái: Các kĩ thuật việc, thợ sửa chữa thực hiện kiểm tra.
+ Kiểm tra cao su chắn bụi, nếu bị hở thay thế ngay.
+ Kiểm tra rô tuyn lái trong và ngoài Nếu bị rơ, hư hỏng cần thay thế. + Kiểm tra áp suất lốp và bổ xung.
+ Kiểm tra cân bằng động 4 lốp.
+ Cân chỉnh độ chụm bằng hệ thống chuyên dụng.
- Kiểm tra hệ thống trợ lực: Các kĩ thuật việc, thợ sửa chữa thực hiện.
+ Kiểm tra các cảm biến của hệ thống lái, nếu hư hỏng thì thay thế.
+ Kiểm tra ECU trợ lực.
+ Kiểm tra mô tơ trợ lực.
Kiểm tra các giắc nối điện và đường dây điện là bước quan trọng khi tháo hệ thống lái để bảo dưỡng hoặc thay thế Để thực hiện quy trình này, cần tuân thủ đúng các bước tháo lắp và chuẩn bị đầy đủ dụng cụ cần thiết.
Sau đây là các bước tháo lắp các bộ phận chính của hệ thống lái trên xe Toyota Corolla Altis.
Bảng 4.6 Các bước tháo cụm trục lái Các bước tháo.
Tháo nắp che 2 bên phía dưới vô lăng.
- Dùng một tô vít có bọc băng dính ở đầu, nhả khớp vấu hãm để tháo nắp che phía dưới vô lăng số
- Dùng chìa vặn hoa khế T30, nới lỏng 2 vít cho đến khi rãnh dọc theo chu vi của vít khớp vào vỏ vít.
- Kéo mặt vô lăng ra khỏi cụm vô lăng và đỡ mặt vô lăng bằng một tay như trong hình vẽ.
- Ngắt giắc còi ra khỏi mặt vô lăng.
- Dùng một tô vít có bọc băng dính ở đầu, ngắt giắc nối của túi khí và tháo mặt vô lăng
- Tháo đai ốc bắt vô lăng.
- Đánh các dấu ghi nhớlên cụm vô lăng và trục lái chính.
- Tháo các giắc nối ra khỏi cáp xoắn.
Tháo cụm công tắc xi nhan có cáp xoắn.
Ngắt các giắc nối ra khỏi cụm công tắc xi nhan cùng với cáp xoắn.
Dùng kìm giữ kẹp và nâng vấu hãm lên bằng tô vít Tháo cụm công tắc xi nhan cùng với cáp xoắn ra khỏi cụm trục lái
Lật thảm trải sàn lên tháo 2 kẹp rồi tháo tấm cách âm nắp lỗ trục lái
-Nhả khớp kẹp dây điệ ra khỏi cụm ECU trợ lực lái.
Tháo cụm Tháo bulông. trục lái trung gian Đánh các dấu ghi nhớ trên cụm trục lái trung gian số 2 và cụm trục lái.
Tháo cụm trục lái trung gian số 2 ra khỏi cụm trục lái
Bảng 4.7 Các bước tháo cơ cấu lái
- Tháo 4 bu lông và cụm thước lái ra khỏi dầm ngang hệ thống treo trước.
- Đánh các dấu ghinhớ trên đầu thanh nối và thước lái.
- Tháo thanh nối bên và đai ốc hãm.
Tháo cao su chắn bụi.
- Dùng to vít 2 cạnh tháo 2 kẹp ở 2 đầu cao su chắn bụi.
- Tháo cao su chắn bụi.
Chú ý khi tháo lắp hệ thống lái:
Khi gặp sự cố hoặc cảm giác lái không bình thường, tài xế không nên tự ý sửa chữa hoặc tháo lắp xe Thay vào đó, họ nên mang xe đến cơ sở sửa chữa để các kỹ thuật viên và thợ sửa chữa có kỹ năng cùng với đầy đủ dụng cụ máy móc tiến hành kiểm tra và sửa chữa một cách chuyên nghiệp.
Khi tháo hoặc thay thế cụm vô lăng, trục lái, trục lái trung gian và dẫn động lái, cần đánh dấu vị trí ban đầu để khi lắp lại, hệ thống lái có thể hoạt động bình thường mà không cần phải căn chỉnh lại.
- Tháo lắp hệ thống lái cần thực hiện chính xác đảm bảo chắc chắn Kiểm tra và siết lại các bu lông đai ốc.