Module 5. MDPS (Motor Driven Power Steering)

Learning
Objectives



Describe the history of MDPS.



Describe the system layout and list the locations, mechanisms and
functions of components.



Verify the control logic in the current data.



Take the necessary measures after changing parts.

1. Overview
1.1 Introduction
1.2 History
1.3 Categorization by Motor Location
2. Layout

2.1 System Configuration
2.2 Input/output Elements
3. Function

3.1 Torque & Angle Sensor
3.2 Motor
4. Control Logic
4.1 Low Vehicle Speed
4.2 High Vehicle Speed
4.3 Overheat Protection
4.4 Overload Protection
4.5 Restoration Control
5. Maintenance
5.1 Variant Coding
5.2 SAS Calibration

1


1. Tổng quan
1.1 Giới thiệu
Motor trợ lực lái điện (MDPS) sử dụng 1 motor điện để hỗ trợ lực đánh lái. Mởi vì ma sát giữa
lốp trước và mặt đường, đặc biệt trong trường hợp xe đỗ, do đó lực đánh lái để quay vô lăng
được yêu cầu.

1.2 Lịch sử

Dùng áp suất

Sử dụng motor

của thủy lực

< Trợ lực lái thủy lực >


< trợ lục lái điện >

Hệ thống trợ lực lái điện hoạt động theo trạng thái của vô lăng lái, do đó, nó cung cấp đặc tính
lái tối ưu. Mặt khác, trợ lực lái sử dụng áp suất thủy lực để làm giảm lực đán lái, nó cho phép
người lái dễ dàng điều khiển vô lăng. Trợ lực lái điện trên ô tô thay thế trợ lực lái thủy lực vì
những lý do sau đây:
Thân thiện với mội trường do không dung dầu trợ lực lái
Nhẹ hơn và kết cấu đơn giản nên suất tiêu hao nhiên liệu tốt hơn

Khả năng đáp ứng nhanh theo tốc độ.

2


History and Types of MDPS

1.3 Phân loại theo vị trí

Column-type

Pinion-type

Rack-type

Hệ thống trợ lực lái điện được chi làm 3 loại theo vị trí của Motor: loại trục, loại thanh rang, loại
rack. Để tăng momen xoắn thì motor được đặt ở vị trí gần với bánh xe, thích hợp cho loại xe cỡ

trung và cỡ lớn. Tuy nhiên, việc tăng chi phí thiết kế và tính phức tạp của việc bố trí cũng được
cân nhắc

Loại trục: thích hợp cho xe cỡ nhỏ và vừa
Loại thanh rang: thích hợp cho xe cỡ trung
Loại rack: thích hợp cho xe cỡ lớn

3


2. Sơ đồ bố trí
2.1 kết cấu

Steering Wheel

BLAC Motor

② Torque & Angle
Sensor
Shaft
ECU

Rack &Pinion Gear

1. Vô lăng
Lái xe quay vô lăng, tín hiệu đầu vào ban đầu của hệ thống trợ lực điện để chuyển ý định
(chuyển hướng, tốc độ…) đến xe.
2. cảm biến góc lái và momen xoắn (tích hợp)
Nhận biết lực đánh lái (momen) và hướng của vô lăng.
3. ECU
Tổng hợp các tính hiệu đầu vào (momen xoắn, hướng, tốc độ, mã…) áp momen hỗ trợ mong
muốn tới motor.
4. BLAC Motor

Motor quay theo tín hiệu nhận được từ
5. Trục
Tích hợp lực của momen được tạo ra từ việc đánh lái của lái xe và momen hỗ trợ từ motor
chuyển đến trục lái, lục này được chuyển đến thanh răng.
6. Rack & Pinion Gear
Chuyển động quay được chuyển thành chuyển động thẳng bởi sự kết hợp giữa bánh răng và
thanh răng, điều này sẽ xác định hướng của bánh xe.

4


2.2 các yếu tố đầu vào/đầu ra

Đầ

à

Đầ

• Điện áp acqui
• Tốc độ xe

• Motor

• Tốc độ động cơ

• Đèn cảnh báo ESP

• Cảm biến momen
• Cảm biến góc lái


Configuration

Function

Điện áp acqui

Được dung để theo dõi hệ thống điện áp và tải của máy phát điện để điều chỉnh
tốc độ không tải động cơ.

Tốc độ xe

Tốc độ động cơ
Cảm biến momen

ECU tính tốn dịng điện cung cấp cho motor dựa vào tín hiệu tốc độc xe.
tín hiệu này được nhận từ ECM (chức năng điều khiển không tải). Để hoạt
động, tốc độ động cơ phải cao hơn 500 v/p cần được xác định bới hộp điều
khiển trợ lực lái điện.
Đo mức độ xoắn của trục lái

Cảm biến góc lái

Cảm biến chuyển thơng tin tốc độ đánh lái và vị trí của vơ lăng. Dịng điện cung
cấp cho motor được tính tốn bởi hộp điều khiển MDPS dựa trên góc đánh láitín hiệu tốc độ xe.

Motor

momen xoắn đầu ra được khiển bởi giá trị dòng điện biến thiên. Dòng thấp momen nhỏ, dòng cao- momen lớn.


Đèn cảnh báo

Đèn cảnh báo sang trong vịng khoảng 5 giây khi cơng tắc IG ON. Nó sẽ sáng
liên tục khi lỗi hệ thống được phát hiện.

5


Input/output elements and components of MDPS

3. Các thành phần
3.1 Cảm biến góc lái và momen

Rotor (output)
Nam châm(input)

Angle sensor
Torque sensor
BLAC motor
Trục đầu

Trục đầu vào

ra

ECU

Cảm biến góc lái và
momen


< MDPS Ass’y >

Trên một vài kiểu xe có cảm biến góc lái và momen được cải tiến tích hợp chung. Như hình trên,
2 phần cảm nhận góc lái và momen được tích hợp là 1, xem như là càm biến góc lái và cảm
biến momen.

Rotor

Hall IC

Đầu vào

Đầu ra

Thanh xoắn

Rotor

N S N S N S

Đầu vào

N S N S N S

1) Cảm biến momen

Đầu ra

Stator


Cảm biến momen xoắn được đặt giữa trục lái bao gồm 1 cảm biến chính và 1 cảm biến phụ.
Khi đánh vô lăng, thanh xoắn được xoắn theo tỷ lệ với khả năng cản lại lực đánh lái. Độ lệch
của trục đầu vào so với trục đầu ra gây ra sự thay đổi từ trường, cái gây ra việc thay đổi dịng.
Cùng với việc thay đổi dịng tín hiệu đầu vào, hộp điều khiển MDPS cũng phát hiện hướng
đánh lái của vô lăng.

6


T2

T1

Từ trường tỷ lệ với momen. Cảm biến IC Hall phát hiện việc thay đổi từ trường và gửi tín hiệu
điện áp. Điện áp tỷ lệ với góc xoay từ -4.5˚ đến 4.5˚.
Cảm biến momen có 2 tín hiệu đầu ra và hộp MDPS so sánh 2 tín hiệu này để có thể phát
hiện ra lỗi của cảm biến.
2) Cảm biến góc lái

θ
Bánh răng chính
Hall IC 1

Φ

Hall IC 2
Bánh răng 2

Bánh răng 1
Nam châm


Khi vơ lăng quay, bánh răng chính quay. Hai bánh răng hành tinh với số răng khác nhau sẽ
quay cùng lúc và các nam châm được gắn trên bánh răng hành tinh cũng quay. Cảm biến IC
Hall phát hiện sự thay đổi góc quay và điện áp tín hiệu đầu ra chuyển đến hộp điều khiển. Cuối
cùng, hộp điều khiển sẽ tính tốn góc xoay vơ lăng bởi tín hiệu này. Lưu ý rằng, nguyên lý hoạt
động là giống nhau của cám biến góc lái trên hệ thống ESC. Vì vậy, nó cần được hiệu chỉnh khi
thay thế cảm biến.

7


3.2 ECU
Nếu lái xe quay vô lăng, cảm biến momen lái gửi thơng tin như
là 1 tín hiệu điện về ECU. Việc hỗ trợ momen lái và kích hoạt
motor trợ lực dựa trên tín hiệu này.

3.3 Motor
Rotor

Stator

Ngày nay, motor AC không chổi than được sử dụng phổ biến, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ
thống lái, loại motor này tạo ra momen từ 3 đến 6 Nm.

Hướng quay của motor tùy thuộc vào hướng chuyển động của vô lăng.

3.4 Rack & Pinion

Đ ạ


à

ó

ể

á

Các đoạn răng của trục thay đổi tỷ lệ cho phép như là 1 khoảng hành trình. Bằng cách
này, hướng chạy thẳng ổn định của xe có thể được cải thiện bởi tỷ lệ phù hợp xung
quanh tâm tay lái. Đồng thời, nó có thể sắp xếp tỷ lệ trong phạm vi vừa và lớn của góc lái
để giảm góc lái cần thiết khi quay hết lái.

8


4. Logic điều khiển

+

+

=

Low speed = High motor current

=

High speed = Low motor current


High Nm

Low Nm

4.1 Tốc độ xe thấp
Ở tốc độ xe thấp (được đo bằng cảm biến tốc độ của xe), sự xoắn của thanh xoắn (được đo
bằng cảm biến mơ-men xoắn) cao. MDPSCM cung cấp dịng điện cao cho động cơ để giảm nỗ
lực lái cho người lái.

4.2 Tốc độ xe cao
Ở tốc độ xe cao, độ xoắn của thanh xoắn là thấp. MDPSCM cung cấp dòng điện thấp cho động
cơ để tăng nỗ lực lái cho người lái, do đó mang đến độ ổn định lái cao hơn.

-30

Torque

85%

Releasing
torque(2Nm)

Time
Rated current(35A)

Current

Motor Assist Torque

100%


Operating
torque(6Nm)

0

Minimum current (10A)

50
80
Unit Temperature

Time

< OVERHEAT PROTECTION >

4.3 Bảo vệ khi quá nhiệt
Việc xoay vô lăng trái và phải liên tục gây ra quá tải trong moto, có thể dẫn đến hư hỏng bên
trong moto. Bảo vệ quá nhiệt làm giảm dòng moto để ngăn chặn điều này xảy ra. Đối với chức
năng này, nhiệt độ được đo không phải bởi cảm biến nhiệt độ, nhưng do tính tốn thời gian vận
hành của ECU. Chỉ đạo cảm thấy nặng hơn khi bảo vệ quá nhiệt được kích hoạt.
9


4.4 Bảo vệ khi qua tải
Hồn tồn quay vơ lăng 780 hoặc -780 độ nhanh chóng làm tăng tiêu thụ hiện tại. Bảo vệ quá
tải làm giảm dòng điện để bảo vệ moto. Chiếc xe hơi bị hạn chế ngay cả khi vơ lăng được bật

Restoration Torque


hồn tồn khi bật chế độ bảo vệ quá tải.

Km/h

Steering angle

< Restoration Control >

4.5 Kiểm soát trả lái
Kiểm soát trả lái là một chức năng giúp vơ lăng quay trở lại vị trí bắt đầu của nó sau một lượt rẽ
để điều khiển đường thẳng. Sau khi lái và hoàn thành một lượt, tay lái tự động trở về vị trí bắt
đầu của nó mà không cần phải lái theo hướng ngược lại..

10


5. Maintenance

< MDPS S/W management >

5.1 Variant Coding
Variant Coding diễn ra thông qua nhận dạng loại EPS trong GDS. Các lái xe cảm thấy lái cần
khác nhau theo khu vực; như vậy, cảm giác lái được thiết lập theo khu vực và mơ hình xe. Các
lái xe Hàn Quốc thích cảm giác lái nhẹ hơn, trong khi các lái xe châu Âu và Bắc Mỹ thích lái xe
nặng hơn. Tùy thuộc vào từng mẫu xe và khu vực, cảm giác lái có thể được lựa chọn bằng

cách sử dụng cơng cụ chẩn đốn và q trình nhận biết các thơng số phải được thực hiện khi
hệ thống MDPS được thay thế. Nếu q trình khơng được tiến hành, một mã lỗi (Lỗi nhận dạng
đặc điểm kỹ thuật C1702) là đầu ra. Nếu các đặc điểm kỹ thuật cho một khu vực khác được
chọn, một cảm giác lái khác nhau được thiết lập.


5.2 hiệu chỉnh SAS
Chức năng này phải được thực hiện sau khi thay thế Mô-đun Điều khiển
Nguồn Động cơ (MDPSCM) hoặc Bộ cảm biến Vị trí Tuyệt đối (APS).
Hiệu chỉnh thành công được hiển thị dưới dữ liệu hiện tại của Công cụ quét "Trạng thái hiệu
chuẩn".

11