Vô lăng trợ lực điện đang dần được trang bị cho tất cả các mẫu xe đời mới, thay thế cho vô lăng trợ lực thủy lực đã thống trị nền công nghiệp ô tô hơn nửa thế kỉ qua.[pagebreak]
Chúng ta đang sống trong thời kỳ khoa học công nghệ phát triển với tốc độ tên lửa. Cùng với sự phát triển của động cơ ứng dụng công nghệ điện- điện tử và phanh điện tử, tay lái trợ lực điện (Electrically assisted power steering, EPS) trở thành công nghệ mới nhất đang được các nhà sản xuất ô tô dần thay thế tay lái trợ lực thủy lực vốn đã thống trị trong công nghiệp ô tô hơn nửa thế kỷ qua.
Tay lái là bộ phận quan trọng của một chiếc xe, nếu không muốn nói là quan trọng nhất. Thông qua tay lái, ta buộc xe phải di chuyển theo hướng mong muốn để đến đích và tránh tai nạn.
Ở các thế hệ ô tô đầu tiên, hệ thống lái khá đơn giản. Tay lái (steering wheel) được gắn với trục lái (steering shaft). Ở đầu trục lái có bánh răng chủ động (Pinion Gear ) tác động vào thanh răng (Steering Rack ), biến mô men xoắn của tay lái thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng. Hai đầu thanh răng liên kết với 2 bánh xe qua tay đòn để điều khiển hướng quay của bánh xe.
Với kết cấu đơn giản như vừa nêu, việc điều khiển tay lái rất nặng nề nhất là khi xe đỗ hay di chuyển ở tốc độ thấp. Để cho tay lái được nhẹ nhàng, ở giữa tay lái và bánh răng chủ động người ta lắp đặt thêm bộ nhông số (hộp số lái). Nhông số tay lái giúp việc vận hành tay lái nhẹ hơn nhưng tác động đến hướng lái của bánh xe chậm hơn.
Đặc trưng của hệ thống lái không trợ lực là “tỷ lệ lái” (steering ratio). Thông thường tỷ lệ lái của xe du lịch là 18:1, nghĩa là tài xế phải đánh tay lái 360 độ để bánh xe quay được 20 độ. Đến ngã 4, để rẻ trái hay phải, tài xế phải đánh tay lái hơn 4 vòng 360 độ để bẻ lái được 90 độ. Ở xe tải nặng tỷ lệ này cao hơn và ở xe thể thao tỷ lệ thấp hơn. Công nghệ hoàn toàn cơ khí này khiến cho phản ứng điều khiển lái xe trở nên rất chậm. Đây cũng chính là lý do tay lái trợ lực ra đời.
Tay lái trợ lực thủy lực (Hydraulic Power Steering, HPS)
Để việc điều khiển tay lái được nhẹ nhàng,mà không làm chậm phản ứng lái, các nhà sản xuất ô tô trang bị hệ thống lái thủy lực. Ở hệ thống trợ lực thủy lực, thanh răng được hàn thêm 1 pít tông, và được đặt trong ống xy lanh (rack housing). Ở 2 đầu xy lanh nối với 2 ống thủy lực được điều khiển bởi van thủy lực (hydraulic control valve). Van thủy lực được điều khiển bởi trục lái. Khi tài xế bẻ tay lái, van thủy lực sẽ cung cấp thủy lực vào một đầu xy lanh, đẩy pít tông về phía bên kia.
1/ Van điều tiết thủy lực. 2/ Bánh răng. 3/ Ống dẫn thủy lực. 4/ Pít tông thủy lực 5/ Vỏ bọc (xy lanh) thanh răng.
Tay lái trợ lực điện (electrically assisted power steering system)còn được gọi tắt là Tay lái điện (Electric Power Steering, EPS)
EPS gồm các thành phần: 1/ Bánh răng trục lái. 2/ Cảm ứng mô men xoắn tay lái. 3/ Vỏ bọc thanh răng và bánh răng. 4/ Động cơ điện. 5/Vít me bi. 6/ Thanh răng lái. 7/ Dây đai. Ngoài 7 thành phần nêu trên, còn phải kể đến bộ điều khiển trong tâm (ECU), trong đó có cảm biến tốc độ xe. ECU có nhiệm vụ tiếp nhân dữ liệu từ cảm ứng mô men xoắn tay lái và tốc độ xe và ra lệnh cho động cơ điện hoạt động. Động cơ điện tác động đến thanh răng lái thông qua vít me bi (ball screw) xem hoạt động vít me bi ở :
[tube]http://youtu.be/kl6qNn9-nkk[/tube]
Vào khoảng năm 2000, tay lái trợ lực điện (EPS) được các nhà cung ứng giới thiệu với các nhà sản xuất ô tô. Năm 2005, EPS nhanh chóng chiếm được 25,8% thị phần xe mới, không bằng một nửa tay lái thủy lực (HPS) với 56,3%, tay lái không trợ lực vẫn được khách hàng lớn tuổi ưa chuộng chiếm 17,9% thị phần. Chỉ 6 năm sau, năm 2011, EPS nhanh chóng chiếm 58,2%, HPS thu hẹp chỉ còn 30,9% và tay lái không trợ lực còn 10,9%.
So sánh EPS và HPS :
EPS phát triển nhanh chóng vào những ưu thế sau :
Ở HPS, xe chạy càng nhanh tốc độ bơm thủy lực càng mạnh tay lái trở nên rất nhạy nhiều khi vượt quá khả năng kiểm soát của tài xế, trong khi EPS sử dụng cảm biến tốc độ nên mức độ trợ lực luôn thích hợp.
HPS phức tạp hơn, nặng hơn và chiếm không gian nhiều hơn EPS. HPS sử dụng dầu khoáng để vận hành, do vậy bơm thủy lực phải hoạt động liên tục đòi hỏi động cơ cũng phải hoạt động liên tục, trong khi ở EPS chỉ khi bẻ lái đông cơ điện mới hoạt động nhờ ngồn điện cung cấp từ ắc quy. Nhờ đặc tính này xe sử dụng EPS có thể được trang bị công nghệ tiết kiệm nhiên liệu stop-start. Theo tính toán của các nhà chuyên môn, EPS giúp xe tiết kiệm nhiên liệu từ 2 đến 3% so với HPS.
Tuy nhiên EPS vẫn còn nhược điểm, theo kết quả thử nghiệm mới đây của caranddriver.com tiến hành trên đường đua Nordschleife với sự trợ giúp của công ty Cayman Dynamics. Những tài xế được chọn lái thử đầu không biết xe nào trang bị tay lái điện hay tay lái thủy lực.
Xe được thử nghiệm khảo sát là chiếc BMW 528i xDrive trang bị lái điện (EPS) và BMW 535i xDrive trang bị lái thủy lực (HPS). Kết quả không ngoài dự đoán là trong lái thử xe ở bãi đỗ, EPS được đánh giá cao. Tuy nhiên khi lái thử trên đường đua ở tốc độ cao, bẻ cua gấp đa số tài xế lại chọn HPS dù điểm số chênh lệch 2 bên không cách biệt lắm.
Theo nhận định của Caranddriver và Cayman Dynamics, EPS thế hệ 1 có nhược điểm ở lực quán tính của động cơ điện (ngắt điện nhưng động cơ vẫn quay). EPS hiện nay được được các nhà cung cấp quảng cáo là sẽ đứng ngay lập tức khi ngắt điện. Nhưng trên thực tế nhược điểm này tuy có được khắc phục nhưng chưa trọn vẹn. Tuy nhiên theo Caranddrive nhược điểm này không lớn và sắp tới có thể được các nhà sản xuất ô tô khắc phục bằng điều chỉnh phần mềm.
Cũng theo Caranddrive và Cayman Dynamics, động cơ điện của EPS hiện nay vận hành vít me thông qua đai truyền động, điều này tạo ra nhiều lực ma sát và giảm đi tính nhanh nhạy của hệ thống.
Dù còn nhược điểm nhưng tay lái điện rõ ràng vượt trội tay lái thủy lực và sẽ dần thay thế tay lái thủy lực.
Video minh họa hệ thống lái :
[tube]http://youtu.be/b0DKNIQFuzg[/tube]
Minh họa hệ thống trợ lực thủy lực :
[tube]http://youtu.be/2M8SMeMpQ1M[/tube]
Hệ thống trợ lực điện của BMW :
[tube]http://youtu.be/JePWZ9NxCrk[/tube]
Ngọc Đỉnh
Last edited by a moderator:
Chủ đề tương tự
