Giới thiệu các hệ thống lái trợ lực điện

1. Hệ thống lái EPSc

Hệ thống lái EPSc giống hệ thống lái EPS ra đời trước đây. Năm 1988, hệ thống lái EPS được trang bị trên xe Suzuki Cervo (Stoll và Reimpell 1992) tuy nhiên, hệ thống lái EPS chỉ được sử dụng trên dòng xe nhỏ có lực thanh răng và trợ lực lái rất thấp. Ngày nay, EPSc cũng được sử dụng trong các loại xe hạng trung. Do sự phát triển các vật liệu mới cho bánh răng trợ lực, trục lái giúp truyền mô-men xoắn cao hơn.

Bộ trợ lực của hệ thống lái EPSc được đặt bên trong khoang nội thất ô tô giúp giản tác động nhiệt từ động cơ. Phạm vi nhiệt độ thấp hơn từ −40 đến 850C trong khi khoang động cơ yêu cầu −40 đến 1250C. Đối với các hệ thống trợ lực lái khác đáp ứng yêu cầu nhiệt độ đòi hỏi việc chế tạo phức tạp.

Tuy nhiên, hệ thống lái EPSc có một số hạn chế sau:

Động cơ điện trợ lực được đặt rất gần người lái và có thể nghe thấy dễ dàng.

Bộ trợ lực sử dụng cơ cấu trục vít- bánh vít trong đó, trục vít được lắp ở trục động cơ của động cơ điện, bánh vít gắn trên trục lái. Giới hạn về bánh răng trục vít nên không thể truyền mô men xoắn lớn.

Hình 1. Câu tạo hệ thống lái EPSc

Đối với mô men xoắn cao hơn, chúng phải được bố trí chắc chắn hơn và do đó, đắt hơn. Cấu hình dễ nhất của các phần tử trượt như vậy là một thanh trượt bằng nhựa đơn giản. Mômen truyền cao hơn bắt buộc phải có vòng bi kim loại đắt tiền.

2. Hệ thống lái EPSp

Bộ trợ lực của EPSp được đặt ngay tại bánh răng lái (Hình 2). Mômen trợ lực do động cơ điện tạo ra được đến bánh răng và thanh răng. Hệ thống có thể đạt được công suất lái cao hơn so với hệ thống lái EPSc, bởi vì các lực không cần được truyền dọc theo trục lái chính và trục lái trung gian. Vì bộ trợ lực EPSp (động cơ và ECU) đặt trong khoang động cơ, nên nó phải đáp ứng các yêu cầu cao hơn về nhiệt độ, mật độ bố trí và độ rung so với hệ thống lái EPSc. Bộ trợ lực chỉ có thể quay quanh trục của bánh răng lái. Một vấn đề khác là bộ trợ lực nằm gần chân người lái xe. Do đó, cần đảm bảo rằng bộ trợ lực không thể xâm nhập vào khoảng trống của chân khi va chạm.

Hình 2. Cấu tạo hệ thống lái EPSp hãng NXP

3. Hệ thống lái EPSdp

Hệ thống lái EPSdp sử dụng bộ trợ lực EPS được gắn ở bánh răng thứ hai (Hình 3). Hãng xe Volkswagen lắp đặt đầu tiên trên dòng xe VW GOLF vào năm 2002.

Việc lắp đặt bộ trợ lực ở bánh răng thứ hai trên cùng một thanh răng cho phép tách bộ cảm biến và bộ truyền động. Vì tỷ số truyền bánh răng truyền động chính độc lập với tỷ số lái nên có thể bố trí tối ưu công suất. Công suất hệ thống lái EPSdp cao hơn 10–15% so với công suất của EPSc hoặc EPSp.

Hình 3. Cấu tạo hệ thống lái EPSdp

Bộ trợ lực có thể được định vị bằng một bánh răng thứ 2 được điều chỉnh phù hợp, góc quay 3600 theo hướng tâm tới thanh răng và trục bánh răng truyền động chính. Độ đáp ứng nhanh tuy nhiên, không gian lắp đặt rất khó.

Hình 4. Một số hệ thống lái EPSdp của hãng ZF

4. Hệ thống lái EPSapa

Hệ thống lái EPSapa với ổ trục song song trên thanh răng hệ thống lái. Bộ trợ lực được tạo ra bởi động cơ điện truyền động tới thanh răng nhờ sự kết hợp của trục vít me bi và bộ truyền động đai. Trục vít me biến chuyển động quay của động cơ điện thành chuyển động của thanh răng.

Bộ trợ lực được bố trí có thể được xoay xung quanh vỏ cơ cấu lái. Hệ thống lái EPSapa hoạt động chính xác, khắc phục tiếng ồn do sử dụng bộ truền động đai.

Với ưu điểm công suất lớn , vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trên các xe hạng sang cỡ lớn, xe cao cấp nhấn mạnh tính năng động cũng như xe thể thao, bao gồm cả Porsche 991.

Hình 5. Hệ thống lái trên xe Porsche 991

Hình 6. Cấu tạo hệ thống lái EPSapa

Bộ truyền động đai được sử dụng giảm tiếng ồn khi động cơ điện truyền động đến trục vit me bi. Dây đai đã được phát triển đặc biệt cho hệ thống lái EPSapa với góc xoắn 50 , do đó đảm bảo sự ăn khớp của răng không gặp sự cố và âm thanh được tối ưu hóa. Toàn bộ hệ thống lái có thể kéo hoạt động kéo dài hơn 15 năm mà không cần bảo dưỡng

Hình 7. Cấu tạo bộ trợ lực hệ thống lái EPSapa

5. Hệ thống lái EPSrc

Hệ thống lái EPSrc sử dụng trục vít me làm bánh răng để truyền chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng. Khác với hệ thống lái EPSapa, trục vít me bi được điều khiển trực tiếp bằng động cơ điện. Phần lõi rotor trục rỗng, đồng tâm với thanh răng. Động cơ điện điều khiển yêu cầu cao về mô men xoắn thường sử dụng động cơ servo.

Hình 8. Cấu tạo hệ thống lái EPSrc

Bộ trợ lực được gắn đồng tâm trên thanh răng nên hệ thống lái EPSrc rất nhỏ gọn, động cơ điện của hệ thống lái EPSrc và trục vít bi của nó chỉ có thể bố trí được dịch chuyển dọc trục trên thanh răng.