Đang tải... (xem toàn văn)
Ở trên các ô tô con hiện đại bố trí cơ cấu lái (CCL) điều khiển tất cả các bánh xe thỏa mãn cả hai nhu cầu: cơ động và ổn định, tức là bánh xe cầu sau có thể quay vòng hoặc cùng chiều hoặc ngược chiều với các bánh xe trước. Hệ thống như vậy được ký hiệu 4WS (four Wheels Steering).
1 CÁC GIẢI PHÁP AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG HỆ THỐNG PHANH VÀ HỆ THỐNG LÁI Câu 1: Phân tích nguyên lý điều khiển hệ thống lái 4WS. Việc điều khiển tất cả các bánh xe ô tô được xuất hiện sau chiến tranh thế giới thứ hai trên các ô tô quân sự cần có khả năng cơ động cao (quay vòng với bán kính nhỏ). Khi đó, các bánh xe đều được coi là bánh xe dẫn hướng và quay ngược chiều nhau với quan hệ động học ngược tạo nên bán kính quay vòng nhỏ. Hiển nhiên, khi quay vòng như vậy cần phải vận hành với vận tốc ô tô nhỏ nhằm hạn chế lực ly tâm gây lật đổ xe. Sau những năm 1970, do các đòi hỏi về ổn định chuyển động ở tốc độ cao, ô tô con được bố trí khả năng quay vòng sao cho tránh rơi vào tình trạng quay vòng thừa, như vậy khi quay vòng ở tốc độ cao các bánh xe dẫn hướng cần quay cùng chiều. Hiện tượng quay vòng thừa xảy ra trên các loại xe có sử dụng bánh xe đàn hồi (lốp cao su chứa khí nén, và sự tự điều khiển cầu xe trên các loại hệ thống treo khác nhau,…). Giá trị của góc điều khiển cầu sau không lớn, nhưng khi xe chuyển động ở tốc độ cao lại ảnh hưởng tới khả năng an toàn, nên khi quay vòng cần hạn chế. Điều này dẫn tới các loại ô tô con có hệ thống lái tất cá các bánh xe và làm việc tuỳ thuộc vào tốc độ ô tô. Ở trên các ô tô con hiện đại bố trí cơ cấu lái (CCL) điều khiển tất cả các bánh xe thỏa mãn cả hai nhu cầu: cơ động và ổn định, tức là bánh xe cầu sau có thể quay vòng hoặc cùng chiều hoặc ngược chiều với các bánh xe trước (hình 1). Hệ thống như vậy được ký hiệu 4WS (four Wheels Steering). Các xe có hệ thống lái điều khiển tất cả các bánh xe được chia làm hai loại: điều khiển phụ thuộc vào tải trọng (thụ động) và điều khiển phụ thuộc vào vận tốc và góc quay vành lái (chủ động). Phần lớn ô tô có 4WS ngày nay sử dụng điều khiển tích cực từ vành lái. 2 Hình1: Hệ thống lái điều khiển bốn bánh xe theo van tốc I. Điều khiển thụ động và điều khiển tích cực: a. Điều khiển thụ động Điều khiển thụ động phụ thuộc vào tải trọng bố trí trên một số ô tô con, và được thực hiện chủ yếu nhờ khả năng thay đổi vị trí chuyển hướng của các bánh xe sau theo hệ thống treo. Các loại xe có lắp hệ thống này đảm bảo tính quay vòng và ổn định trên đường cong ở tốc độ cao. Nhưng khi xe chạy thẳng trên đường gồ ghề, tải trọng đặt lên các bánh xe biến đổi làm xấu tính ổn định chuyển động thẳng, mặc dù góc quay các bánh xe sau là rất nhỏ. Các loại ô tô này có khả năng dẫn hướng bánh xe sau thông qua kết cấu hệ thống treo động học mềm (biến dạng động học), hay sử dụng hệ treo của cầu dẫn hướng. Tùy thuộc vào mức độ hoàn thiện kết cấu của ô tô, các trạng thái này được xây dựng với các quy luật biến đổi quan hệ giữa các góc quay dẫn hướng trên các cầu khác nhau. Hệ thống điều khiển cầu sau thụ động bố trí trên ô tô Mitsubishi Sigma thế hệ trước đây được trình bày trên hình 2. Mỗi bánh xe sau được treo trên ba thanh theo kết cấu không gian: một thanh dọc 2 và hai thanh ngang 3, 5. Các liên kết gối tựa bố trí khớp cao su đàn hồi và tạo nên cơ cấu điều khiển chuyển hướng bánh sau thụ động theo các góc được tính toán trước. Khi bánh xe dịch chuyển lên xuống ứng với tải trọng nhỏ, sẽ thay đổi không đáng kể độ chụm bánh xe, góc nghiêng dọc và không thay đổi tính chất, chuyển động của ô tô. Các bánh xe sau còn liên hệ với thân xe thông qua một ống thủy lực. Dưới tác dụng của lực dọc (lực phanh), các ống thủy lực biến dạng đẩy bánh sau theo hướng nâng cao độ chụm bánh xe không thay đổi. Tuy nhiên, khi quay vòng ở tốc độ cao lực dọc gây nên trên các bánh xe khác nhau và có thể dẫn tới thay đổi độ chụm bánh xe, tương ứng với góc điều khiển với bánh sau. 3 Hình 2. Hệ thống điều khiển cầu sau thụ động bố trí trên ô tô Mitsubishi Sigma Ngày nay, trên nhiều loại xe đã lắp hệ thống lái điều khiển tích cực. Các bánh xe sau của loại xe này đặt trên các hệ thống treo có khả năng dẫn hướng bánh xe, các đòn dẫn động lái (tương tự như bánh xe dẫn hướng cầu trước). Các bánh xe sau cũng sử dụng cơ cấu lái dạng cơ khí hoặc cơ khí – thủy lực,… b. Điều khiển 4WS tích cực: Từ năm 1987, nhằm nâng cao khả năng ổn định khi chuyển động với vận tốc cao, đã xuất hiện các loại ô tô con có kết cấu điều khiển các bánh xe quay cùng chiều. Nhờ việc kết hợp với giải pháp nâng cao khả năng cơ động khi ra vào chỗ đỗ, và ổn định ở tốc độ cao, hệ thống lái 4WS ngày nay đã hình thành với 3 trạng thái điều khiển bánh xe cầu sau như trên hình 4. Hình 3. Hệ thống lái 4WS với 3 trạng thái điều khiển bánh xe cầu sau 4 Ba trạng thái điều khiển cơ bản khi chuyển động: 1. Khi góc quay vành lái nhỏ và sử dụng với tốc độ trung bình, các bánh xe sau khóa cứng tương tự như kết cấu truyền thống (hình 3b). 2. Các bánh xe trước và sau quay ngược chiều, trạng thái này bảo đảm để dễ dàng quay đầu xe, ra vào chỗ đỗ, bán kính quay vòng nhỏ (hình 3a). 3. Các bánh xe trước và sau quay cùng chiều, đảm bảo nâng cao khả năng quay vòng thiếu của xe, tức là tạo điều kiện nâng cao tính ổn định chuyển động khi hoạt động ở vận tốc cao (hình 3c). Từ những đặc điểm của hệ thống 4WS trên được bố trí trên các dòng xe như hiện nay thì để đảm bảo tính ổn định của xe trong các điều kiện mất an toàn, chuyển động quay vòng…, hệ thống lái 4 WS có các dạng điều khiển bảo đảm an toàn như sau. (3) Chỉ đạo hoạt động cầu trước (1) Điều khiển hoạt động cầu sau (2) Kiểm soát trực tiếp sự chạy lệch bánh sau Hình 4: Điều khiển chuyển động trơn trợt Hình5: Điều khiển chuyển động trơn trợt bánh sau (khẩn cấp) Hình6: Kiểm soát tỷ lệ trượt ngang 5 - Điều khiển hoạt động cầu sau (4WS). Điều khiển chuyển động trơn trợt: Trong trường hợp khi chuyển hướng, quay vòng hoặc điều kiện đường trơn trượt…bánh dẫn hướng phía trước đi lệch quỹ đạo chuyển động của xe như hình 7 trên về phía mũi tên đẩy cho xe trượt ngang về bên phải, trong trường hợp này thông qua hệ thống các cảm biến xẽ xác định quỹ đạo sai lệch của bánh trước điều khiển các bánh sáu quay ngược triều so với bánh trước để cân bằng góc lệch của bánh trước. Như vậy thông qua sơ đồ trên ta thấy trong điều kiện náy những dòng xe có sử dụng hệ thống 4WS sẽ có mức độ ổn định an toàn cao hơn khi xe chuyển hướng. Hình7: Điều khiển chuyển động trơn trợt - Kiểm soát trực tiếp sự chạy lệch bánh sau Điều khiển chuyển động trơn trợt bánh sau (khẩn cấp) Trong trường hợp khi bánh sau quay lệch hướng so với hướng chuyển động thẳng của xe như trên hình 8, trong trường hợp này do xe được trang bị hệ thống lái 4 bánh (4 WS) lên khi bánh sau có chuyển động lệch quỹ đạo chuyển động của xe bất ngờ, nhưng do 4 bánh có thể điều khiển riêng biệt được do các cảm biến thu thập thông tin sai lệch quỹ đạo của bánh sau, dữ liệu được đưa về bộ điều khiển trung tâm, dữ liệu được xử lý và điều khiển cho các bánh bên trái quay ngược so với hướng trượt ngang của các bánh xe 6 y L r γ L f x β V Hình8: Điều khiển chuyển động trơn trợt bánh sau (khẩn cấp) y x L r β γ L f V M X V ? ? F yf F yr F yr F xr l d F yf F xfl X Y V F yf F yr F yr M d F yf xr r F F xr l F xfl F xf r β γ f δ 7 - Chỉ đạo hoạt động cầu trước Hình 9: Kiểm soát tỷ lệ trượt ngang : Chuyển động trơn trượt ( ) 2 2 yf yr mV F F β γ + = + & 2 2 f yf r yr I F F M γ = − + & l l Sự chạy lệch Tin hiệu đầu vào DYC ( ) 2 xfl xfr xrl xrr d F F F FM = − + − + Lực tác động phía trước Lực tác động phía trước ( ) f yf f f F C V δ γ β = − − l ( ) r yr r F C V γ β = − l y x L r β γ L f V δ△ f 8 Kiểm soát tỷ lệ trượt ngang: Là quá trình các bánh sau bị trượt ngang khi đường xấu, trên hình 9 cho ta thấy các bánh sau bị trượt lệch quỹ đạo của xe về bên phải nhưng do cầu trước có thể điều khiển riêng biệt được và không phụ thuộc vào các bánh sau lên khi bánh sau trượt ngang thì thông qua các cảm biến và hệ thống kiểm soát sẽ thu thập thông tin gửi về bộ điều khiển và xử lý dữ liệu điều khiển giữ cho bánh trước ổn định quỹ đạo để kéo cho bánh sau chạy theo quỹ đạo của người lái điều khiển, giúp cho xe không trượt khỏi bề mặt đường… Như vậy thông qua các sơ đồ phân tích các trạng thái mất ổn định của xe khi chuyển động trên ta thấy đối với các dòng xe có sử dụng hệ thống lái 4 bánh 4WS có mức độ an toàn cao do 4 bánh có thể được điều khiển riêng biệt và tự cân bằng ngược chiều với các bánh khác. 9 Câu 2. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái cơ khí trợ lực điện. Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-cơ khí Cùng với sư phát triển của công nghiệp điện tử, hệ thống lái 4WS đã chuyển sang sử dụng các kết cấu cơ khí-điện điều khiển chuyển hướng các bánh xe trên các cầu. Trên hình 8a biểu thị sơ đồ bố trí hệ thống 4WS và hình 8b bố trí điều khiển trên cầu sau của ô tô con. Hệ thống xác định tình trạng mong muốn của người lái (góc quay mô men trục lái, tốc độ ô tô), điều khiển sự quay vòng và trợ lực của các bánh xe trước. Các cảm biến tốc độ ô tô, gia tốc bên, góc quay thân xe điều khiển chế độ chuyển hướng của các bánh xe sau thông qua mô tơ bước. Hệ thống còn xác định tình trạng nguy hiểm có thể xảy ra của ô tô để điều khiển chuyển hướng cho tất cả các bánh xe và điều khiển các hoạt động của ABS, trạng thái hoạt động của động cơ. Hiệu quả của các chế độ làm việc được đánh giá thông qua các phần mềm cài đặt sẵn của 4WS-ECU đảm bảo ô tô quay vòng “lý tưởng”, hạn chế tối đa hiện tượng trượt bên của các bánh xe sau (văng ngang duôi xe), hạn chế sự quay mạnh thân xe. Ngoài ra hệ thống còn cho phép mở rộng góc chuyển hướng của các bánh cầu trước và cầu sau lên xấp xỉ 40 0 nhằm nâng cao khả năng cơ động ra vào chỗ đỗ. a. Tổng quan chung của lái trợ lực cơ điện với bánh răng kép Các thành phần hệ thống lái là: - Vô lăng (Steering wheel) - Trục lái, chỉ đạo góc lái người điều khiển G85(Steering column switch with steering angle sender G85) - Trục điều khiển chuyển hướng-( Steering column) - Chỉ đạo thời điểm người lái G269 (Steering moment sender G269) - Hộp bánh răng lái (Steering gear) - Động cơ điện trợ lực tay lái V187(Electro-mechanical power steering motor V187) - Bộ điều khiển tay lái trợ lực J500(Power steering control unit J500) 10 [...]...Steering wheel Hình 8 Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-cơ khí * Những điều cần biết về điện-cơ khí hệ thống lái trợ lực: Với tay lái trợ lực điện-cơ khí, không có có yêu cầu hỗ trợ thủy lực cần thiết để hỗ trợ lái Không có dầu thủy lực có nghĩa là, với hệ thống lái này, một đóng góp quan trọng đã được thực hiện đối với bảo vệ môi trường Hệ thống lái trợ lực điện-cơ khí là các loại bánh... Người lái xe có cảm giác lái xe tối ưu trong mọi tình hình nhờ - Ổn định đường thẳng tốt (sự trở về của tay lái tại vị trí trung tâm là hỗ trợ tích cực của các cơ- điện sức mạnh hệ thống lái) , - Ứng dụng trực tiếp nhưng mềm mại của đầu vào tay lái - Không có phản ứng lái không thoải mái trên bề mặt lái xe không đồng đều 13 * Các tay lái trợ lực điện-cơ khí và các bộ phận riêng biệt của nó bánh răng lái. .. bánh răng lái Cảm biến góc đánh lái G269 S317_100 Bộ điều khiển trung tâm j500 Động cơ điện hệ thống lái xe V187 Hộp số ổ bánh răng b Nguyên lý làm việc - Chức năng lái 1 Trợ lực lái bắt đầu khi lái xe sử dụng lực để xoay vô lăng 2 Các lực trên tay lái tác dụng lên thanh xoắn trong bánh lái để dịch chuyển Các cảm biến trợ lực lái G269 gửi tín hiệu góc dịch chuyển góc đánh lái đến bộ điều khiển trung... răng lái, thông qua bánh răng thứ hai để điều khiển xe chuyển hướng 6 Tổng lực quay trên tay lái dẫn động bánh xe và lực lượng hỗ trợ trung bình là lực lượng hữu hiệu được áp dụng trên các bánh lái cho các thanh răng lái khi vào cua ở khu vực ô thị 16 - Các chức năng lái trên đường cao tốc Quay lực ở tay lái lực hỗ trợ lực hữu ích 1 Để thay đổi làn đường, người lái xe tác dụng lực quay trên vô lăng... này dẫn đến việc những thuận lợi, chẳng hạn như: - Không có thành phần thủy lực, ví dụ như hệ thống điện cho bơm dầu trợ lực lái, ống, bể chứa dầu, lọc, - Không có chất lỏng thủy lực, - Tiết kiệm không gian trong vị trí phù hợp, - Giảm tiếng ồn, - Tiết kiệm năng lượng, - Không có ống phức tạp và hệ thống dây điện Các thành phần hỗ trợ lái được đặt trên, và hoạt động trực tiếp tại, các bánh lái Kết quả... khiển cho xe quay đầu nhẹ nhàng khi người lái xe điều khiển 6 Tổng của lực quay trên tay lái tác dụng lên bánh xe và lực hỗ trợ tối đa là lực hữu hiệu được áp dụng trên các bánh lái 15 - Lái xe trong ô thị Quay lực ở tay lái lực hỗ trợ lực hữu ích 1 Khi vào cua ở các khu vực ô thị, người lái xe sử dụng lực để xoay vô lăng 2 Các thanh xoắn được dịch chuyển thông qua các cảm biến G269, gửi một tín hiệu... trình lái xe Với các chức năng ổn định đường thẳng, nhà chế tạo đã thiết kế và áp dụng để làm cho nó dễ dàng hơn cho các lái xe, để lái xe trong một đường thẳng khi chiếc xe bị ảnh hưởng liên tục bởi gió hoặc lên, hoặc xuống dốc 12 * Những lợi thế của tay lái trợ lực điện-cơ khí Một sô những ưu điểm của trợ lực cơ - điện, so với hỗ trợ thủy lực hệ thống lái, đó là không có yêu cầu cho một hệ thống. .. góc lái G85 hiện tại và tốc độ động cơ gửi báo cáo tốc độ lái hiện hành 4 Tùy thuộc vào lực tay lái, tốc độ động cơ, góc lái, tốc độ lái và bản đồ được lưu trữ trong các đơn vị kiểm soát, Bộ điều khiển tính toán cần thiết hỗ trợ lực bằng động cơ điện 14 5 Trợ lực lái được dẫn động thông qua các bánh răng, Bánh răng này được dẫn động bởi một động cơ điện Các động cơ tham gia vào việc điều khiển thông... khiển thông qua một hộp số và ổ bánh răng, do đó truyền được một lực cần thiết cho trợ lực lái 6 Tổng của lực quay trên tay lái bánh xe và lực lượng hỗ trợ có hiệu quả lực lượng áp dụng trên bánh lái để di chuyển các thanh răng - Lái xe quay đầu lực quay ở tay lái lực hỗ trợ lực hữu hiệu 1 Khi giảm quay đầu, người lái xe quay tay lái nhanh chóng 2 Các thanh xoắn được dịch chuyển thông qua các cảm biến G269,... cáo góc lái G85 hiện tại và tốc độ động cơ, gửi báo cáo tốc độ lái hiện hành 4 Căn cứ vào góc đánh lái, tốc độ động cơ, tốc độ lái và các bản đồ được lưu trữ trong các thiết bị điều khiển, các đơn vị kiểm soát nhận các tín hiệu và đưa ra một lực hỗ trợ là cần thiết bằng động cơ điện 5 Bằng phương pháp trợ lực này đã làm giảm đi một lực lớn tác dụng lên vành tay lái để chỉ đạo thanh răng lái, thông qua . 1 CÁC GIẢI PHÁP AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG HỆ THỐNG PHANH VÀ HỆ THỐNG LÁI Câu 1: Phân tích nguyên lý điều khiển hệ thống lái 4WS. Việc điều khiển tất cả các bánh xe ô tô được xuất. 8. Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-cơ khí * Những điều cần biết về điện-cơ khí hệ thống lái trợ lực: Với tay lái trợ lực điện-cơ khí, không có có yêu cầu hỗ trợ thủy lực cần thiết để hỗ trợ lái. . làm việc của hệ thống lái cơ khí trợ lực điện. Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-cơ khí Cùng với sư phát triển của công nghiệp điện tử, hệ thống lái 4WS đã chuyển sang sử dụng các kết cấu cơ khí-điện