Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử

1. Cảm biến tốc độ động cơ

Động cơ phải khởi động để kích hoạt hệ thống EHPS. Tín hiệu này nhận từ ECM động cơ thông qua giao tiếp CAN. Cảm biến tốc độ động cơ (Cảm biến vị trí trục khuỷu) truyền tín hiệu vị trí trục khuỷu về hộp ECM động cơ. Tốc độ quay độ quay được tính toán từ tần số tín hiệu của cảm biến. Tín hiệu đầu ra từ cảm biến tốc độ quay là một trong những tín hiệu quan trọng nhất trong để điều khiển động cơ.

1.Nam châm vĩnh cửu, 2. Vỏ cảm biến, 3. Thân máy, 4. Lõi sắt, 5. Cuộn dây, 6. Khe hở không khí, 7. Răng cảm biến

Hình 1. Cảm biến tốc độ động cơ

Cấu tạo cảm biến gồm một lõi sắt mềm (4), một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt (5). Trên đỉnh lõi sắt gắn với một nam châm vĩnh cửu (1), Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến và được cố định. Khi trục khuỷu quay, các răng cảm biến sẽ lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây. Một khe hở không khí hẹp giữa răng cảm biến và lõi thép từ đảm bảo từ trường xuyên qua cuộn dây đến răng cảm biến. Mức từ thông qua cuộn dây phụ thuộc vào vị trí cuộn dây và vị trí răng cảm biến.

Khi răng cảm biến đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường bằng 0 và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0. Khi trục khuỷu quay làm răng cảm biến đi xa ra lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại. Sức điện động sinh ra ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.

Do đó tạo ra điện áp hình sin trong cuộn dây điện từ tỉ lệ với tốc độ thay đổi của từ thông. Biên độ của điện áp xoay chiều tăng mạnh cùng với tốc độ trục kích hoạt tăng (vài mV ...> 1V). Động cơ quay khoảng 30 vòng / phút để tạo ra mức tín hiệu thích hợp.

Hình 2. Xung tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ theo thời gian

Số lượng răng cảm phụ thuộc vào từng loại động cơ của các hãng xe. Ví dụ, trên hệ thống quản lý động cơ được sửa dụng cảm biến điện từ, số răng cảm biến 60 thường được sử dụng, để phát hiện vị trí điểm chết trên người ta bỏ đi 2 răng như hình (7). Như vậy số răng cảm biến là: 60 - 2 = 58 răng. Khe hở răng lớn nhát là vị trí xác định của trục khuỷu và dùng làm mốc tham chiếu để đồng bộ hóa ECU.

Trên một số động cơ sử dụng bộ chia điện có 4 xi-lanh, số răng cảm biến bằng 4 răng và tạo ra 4 xung trên mỗi vòng quay. Hộp ECU động cơ chuyển đổi đổi điện áp xung sin thành điện áp xung vuông thay đổi cùng tần số để vi điều khiển xác định được vị trí trục khuỷu và số vòng quay động cơ.

2. Cảm biến tốc độ xe

Tốc độ động cơ tỷ lệ thuận với tốc độ góc lái nhưng tỷ lệ nghịch với tốc độ xe do đó nỗ lực đánh lái tăng lên trong trường hợp tốc độ xe cao. (Chức năng tương tự trong hệ thống EPS thông thường)

3. Cảm biến trợ lực lái

Cảm biến trợ lực lái được lắp ở phía trên của cơ cấu lái và được gắn vào trục lái. Cảm biến xác định góc quay vành tay lái và tính toán tỉ lệ góc lái. Giá trị tỉ lệ góc lái được tính toán thông qua bộ điều khiển EHPS (góc vô lăng tương ứng với tay lái bánh xe quay). Tín hiệu cảm biến góc lái giúp điều khiển hệ thống trợ lực lái để phát hiện các chuyển động vành tay lái.

Tỉ lệ góc lái càng lớn thì tốc độ bơm và lưu lượng thể tích càng lớn (bỏ qua tốc độ xe). Để đảm bảo hoạt động hệ thống lái nếu cảm biến góc lại bị hư hỏng hệ thống trợ lực lái sẽ chuyển sang chương trình sang chế độ chạy khẩn cấp. Việc điều khiển đánh lái vẫn được đảm bảo, tuy nhiên lực đánh lái lớn hơn.

3.1. Cảm biến điện dung

Hình 3. Cảm biến bị trí góc lái

Một rotor gắn trên trục lái, quay giữa 9 tụ điện dạng tấm nhỏ. Khi thay đổi vành tay lái làm sai lệch điện dung của tụ điện dạng tấm. Một vi điều khiển tính toán các sai lệch tín hiệu (góc lái và tỉ lệ góc lái) truyền tín hiệu cho bộ điều khiển EHPS.

Hình 4. Cấu trúc cảm biến góc lái điện dung

Hình 5. Cấu tạo cảm biến góc lái điện dung

3.2. Cảm biến Hall

Cảm biến Hall là một công tắc điều khiển điện tử. Cấu tạo cảm biến bao gồm một đĩa gắn nam châm vĩnh cửu (vòng từ với 60 cực bắc nam xen kẽ) trên trục lái và một mạch bán dẫn tích hợp trong cảm biến IC Hall. Nguyên lý hoạt động dựa vào hiệu ứng Hall, khi IC hall được cấp điện nếu đặt từ trường vuông góc sẽ xuất hiện một hiệu điện thế rất nhỏ được khuếch và xử lý tín hiệu cung cấp thông tin góc lái đến hộp EHPS.

Hình 6. Cấu tạo cảm biến góc lái loại Hall

Khi quay trục lái từ trường lớn nhất khi vuông góc cảm biến góc lái. Độ lớn của hiệu điện thế Hall phụ thuộc vào cường độ của từ trường giữa nam châm vĩnh cửu và cảm biến góc lái. Khi cực nam vuông góc với cảm biến góc lái điện áp phát ra là lớn nhất và khi cực bắc vuông góc với cảm biến góc lái điện áp phát ra là nhỏ nhất.