Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử

1. Cấu tạo

1.1. Tổng quan

Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử sử dụng nguồn năng lượng từ ắc quy xe. Động cơ điện dẫn động bơm trợ lực lái có nhiều ưu điểm hơn như sau:

- Tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn

- Tiết kiệm năng lượng (kiểm soát tốc độ động cơ)

- Tiếng ồn thấp hơn

- Bộ trợ lực thay đổi tùy theo điều kiện đánh lái.

Tuy nhiên, Chi phí tương đối cao hơn nhiều so với hệ thống lái trợ lực thủy lực. Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử hoạt động dựa trên tín hiệu của các cảm biến và tín hiệu điều khiển của hộp ECM. Hệ thống lái trợ lực thủy lực điện tử mới được phát triển bởi các hãng sản xuất độc lập như hãng TRW đã được sử dụng trên ô tô.

Theo kết quả thử nghiệm, mức tiêu thụ nhiên liệu giảm 2,8% so với hệ thống lái trợ lực thủy lực thông thường. Do động cơ không phải dẫn động bơm trợ lực lái, bộ trợ lực sử dụng động cơ điện điều khiển lưu lượng dầu thủy lực nên được gọi là “loại điều khiển dòng chảy”

Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử cấu tạo giống các hệ thống lái trợ lực thông thường gồm: vành lái, cơ cấu lái, bộ trợ lực lái, dẫn động lái. Cơ cấu lái thường sử dụng loại bánh răng- thanh răng với bộ trợ lực kiểu van xoay.

Hình 1. Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực điện tử của hãng Volkswagen

Hình 2. Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực điện tử của hãng Hyundai

1.2. Van phân phối kiểu van xoay

Hệ thống trợ lực lái có van phân phối kiểu van xoay, bố trí kết cấu của hệ thống lái trợ lực thủy lực, VPP kiểu xoay, CCL bánh răng - thanh răng, trên ô tô con có hệ treo độc lập. Thanh răng là pít tông nằm trong xi lanh. Cụm VPP nằm phía trên, trong cùng một vỏ CCL. Xi lanh lực đồng thời là đòn ngang giữa của hình thang lái.

Hình3. Cấu tạo van phân phối kiểu xoay

Van phân phối kiểu van xoay giống như van phân phối 4/3 ở cấu hình đĩa quay với tâm mở (van trung tâm mở). Khi không tải, dòng chảy qua van với lực cản rất nhỏ. Nếu không có áp suất của bơm tác động, thanh xoắn sẽ ở trạng thái hoàn toàn xoắn và trục van điều khiển và trục vít tiếp xúc với nhau ở cữ chặn và mômen của trục van điều khiển trực tiếp tác động lên trục vít.

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý van phân phối kiểu van xoay

1.3. Mô tơ bơm thủy lực

Cấu tạo bộ mô tơ bơm thủy lực điện bao gồm (MPU): Motor điện dẫn động bơm thủy lực, trên đường dầu áp suất cao được bố trí van 1 chiều và van giảm áp.

Bơm thủy lực sử dụng loại bơm bánh răng ăn khớp ngoài. Đa số các hãng chế tạo thường chế tạo bộ MPU gắn liền với bình chứa dầu, van giảm áp giúp giới hạn áp suất lớn nhất của hệ thống và bảo vệ các bộ phận khác chống lại quá áp.

Van giảm áp giúp hạn chế mô-men xoắn theo tải của mô tơ điện và ngăn chặn hiện tượng quá tải của motor điện.

1.Động cơ điện, 2, Bơm thủy lực, 3. Van 1 chiều, 4. Van giảm áp

Hình 5. Cấu tạo bộ MPU

Van một chiều mở khi ngưng đánh lái, đảm bảo duy trì áp suất ổn định cho hệ thống lái. Trong quá trình hoạt động, khi không đánh lái và đưa xe lên cầu nâng, kích đỡ việc đánh lái có thể điều khiển dễ dàng mà không bị tăng áp suất thủy lực.

Khi động cơ bơm bị hư hỏng hoặc đường ống dầu thủy lực bị tắc nghẽn van giảm áp giúp hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường không trợ lực lái.

Hệ thống ống thủy lực gồm các đường ống cứng và ống mềm ở cả phía áp suất cao và thấp, để truyền áp suất dầu thủy lực và cải thiện tiếng ồn của hệ thống lái.

2. Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lái

Bộ điều khiển ECM xác định tín hiệu tốc độ xe và vị trí góc lái điều khiển tốc độ motor điện dẫn động bơm thủy lực (MPU).

Hình 6. Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử

Khi ô tô đi chuyển thẳng ổn định hoặc vị trí góc lái từ cảm biến không đổi, bộ điều khiển MPU kiểm soát vòng quay duy trì áp suất ổn định theo tốc độ xe.

Dầu từ bơm sẽ đi vào vỏ van, vào trong lõi van và thông về bình chứa. Áp suất ở 2 buồng A và B là như nhau trợ lực chưa làm việc.

Khi đó trục van điều khiển không quay nó sẽ nằm ở vị tri trung gian so với van quay. Dầu do bơm cung cấp quay trở lại bình chứa qua cổng "D" và buồng "D". Các buồng trái và phải của xi lanh bị nén nhẹ nhưng do không có sự chênh lệch áp suất nên không có lực trợ lái.

Toàn bộ hoạt động của bộ MPU dựa trên bản đồ điều mô tơ bơm theo tốc độ xe và lực đánh lái nên áp suất hệ thống lái luôn được duy trì ổn định.

Khi xe quay vòng sang phải bộ ECM nhận tín hiệu thay đổi vị trí góc lái, điều khiển bộ MPU thay đổi tốc độ mô tơ bơm tăng áp suất bơm theo lực đánh lái và tốc độ xe. Đồng thời thanh xoắn bị xoắn và trục van điều khiển theo đó quay sang phải. Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vào các cổng "C" và cổng "D". Kết quả là dầu chảy từ cổng "B" tới ống nối "B" và sau đó tới buồng xi lanh phải, làm thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối "C" --> cổng "C" --> cổng "D" --> buồng "D".

Hình 7. Van phân phối ở vị trí trung gian

Dầu từ bơm đến buồng A, đầy pit tông dịch chuyển về phía phải, thông qua các đòn dẫn động bánh xe quay sang trái. Đồng thời pit tông đẩy dầu từ khoang B qua lõi van, về thùng chứa.

Hình 8. Van phân phối ở vị trí xe quay sang trái

Cũng giống như quay vòng sang phải, khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn bị xoắn và trục điều khiển cũng quay sang trái. Các lỗ X' và Y' hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy dầu vào các cổng "B" và "C". Do vậy, dầu chảy từ cổng "C" tới ống nối "C" và sau đó tới buồng xi lanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh phải chảy về bình chứa qua ống nối "B" --> cổng " B" --> cổng "D" --> buồng "D".

Hình 9. Van phân phối ở vị trí xe quay sang phải