Cảm biến momen xoắn là gì? Vai trò, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến momen xoắn là một trong những bộ phận quan trọng trong hệ thống trợ lực lái điện EPS, có nhiệm vụ ghi nhận lực mà người lái tác động lên vô lăng và chuyển đổi thành tín hiệu để ECU xử lý. Dựa trên dữ liệu này, hệ thống xác định nhu cầu trợ lực và điều khiển mô-tơ điện hỗ trợ phù hợp, góp phần duy trì cảm giác lái chính xác và ổn định.

Vậy cảm biến momen xoắn là gì, nằm ở đâu, cấu tạo như thế nào và hoạt động ra sao? Trong bài viết này, Auto Protech sẽ giúp bạn hiểu rõ từ cấu tạo thanh xoắn, bộ phận cảm biến từ tính đến nguyên lý chuyển đổi mô-men thành tín hiệu điện.

Cảm biến momen xoắn là gì? Có vai trò gì trên ô tô?

Trong hệ thống lái trợ lực điện EPS (Electric Power Steering), cảm biến momen xoắn có nhiệm vụ ghi nhận lực người lái tác động lên vô lăng và chuyển đổi thành tín hiệu điện gửi về ECU.

Cảm biến momen xoắn là gì?

Cảm biến momen xoắn (Torque Sensor) là thiết bị có chức năng đo lực xoắn hoặc mô-men quay tác động lên trục và chuyển đổi đại lượng cơ học này thành tín hiệu điện để bộ điều khiển xử lý.

Trong hệ thống lái ô tô, quá trình cơ bản diễn ra như sau:

• Người lái xoay vô lăng.
• Mô-men được truyền qua trục lái.
• Cảm biến phát hiện lực/mô-men tác động.
• Tín hiệu được gửi đến ECU EPS.
• ECU tính toán mức trợ lực cần thiết.
• Mô-tơ điện tạo lực hỗ trợ cho hệ thống lái.

Lưu ý: Cảm biến momen xoắn không trực tiếp tạo lực trợ lực. Cảm biến làm nhiệm vụ thu thập tín hiệu; ECU xử lý dữ liệu và mô-tơ điện thực hiện lực hỗ trợ.

Cảm biến momen xoắn nằm ở đâu?

Vị trí cảm biến momen xoắn không hoàn toàn giống nhau trên mọi dòng xe mà phụ thuộc vào thiết kế hệ thống EPS.

Thông thường, cảm biến có thể được tích hợp tại:

• Cụm cột lái.
• Cụm trợ lực lái điện.
• Khu vực trên đường truyền lực từ vô lăng đến cơ cấu lái.

Một số hệ thống tích hợp cảm biến momen trong cụm cột lái, trong khi thiết kế khác có thể bố trí cảm biến cùng cụm trợ lực. Vì vậy, kỹ thuật viên cần tra cứu sơ đồ và tài liệu sửa chữa đúng với từng dòng xe trước khi tháo kiểm tra.

Vai trò của cảm biến momen xoắn trong hệ thống EPS

Cảm biến momen xoắn cung cấp cho ECU EPS thông tin về lực mà người lái đang tác động lên hệ thống lái. ECU sử dụng tín hiệu này cùng các dữ liệu liên quan để tính toán mức trợ lực phù hợp.

Có thể hình dung vai trò của cảm biến qua chuỗi:

Lực đánh lái → Cảm biến momen xoắn → Tín hiệu điện → ECU EPS → Mô-tơ trợ lực → Hỗ trợ cơ cấu lái

Điểm quan trọng là hệ thống EPS cần biết không chỉ vô lăng đang quay ở góc nào, mà còn phải nhận biết người lái đang tác động lực như thế nào. Vì vậy, cảm biến momen xoắn thường được xem xét cùng cảm biến góc lái khi chẩn đoán hệ thống.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến momen xoắn

Cảm biến momen xoắn trong hệ thống trợ lực lái điện EPS có nhiệm vụ phát hiện mô-men người lái tác động lên hệ thống lái và chuyển đổi thành tín hiệu điện để ECU xử lý.

Cấu tạo cảm biến momen xoắn ô tô

Về cơ bản, cảm biến cần có:

• Bộ phận cơ khí: tiếp nhận và tạo ra sự biến dạng tương ứng với mô-men tác động.
• Bộ phận cảm biến: phát hiện sự thay đổi cơ học hoặc từ trường.
• Mạch xử lý tín hiệu: chuyển đổi thành tín hiệu điện để ECU EPS phân tích.

Trong nhiều thiết kế EPS, thanh xoắn và bộ phận cảm biến từ tính là hai thành phần quan trọng tạo nên cơ chế đo mô-men.

Thanh xoắn – Torsion Bar

Thanh xoắn (Torsion Bar) là chi tiết đàn hồi nằm trên đường truyền lực của hệ thống lái. Khi người lái xoay vô lăng:

Vô lăng → Trục lái → Thanh xoắn → Cơ cấu lái

Mô-men tác động khiến thanh xoắn bị biến dạng một góc rất nhỏ. Sự biến dạng này là cơ sở để cảm biến xác định mô-men lái.

Có thể hiểu đơn giản:

• Mô-men tác động thay đổi → độ xoắn của thanh xoắn thay đổi.
• Cảm biến phát hiện sự thay đổi đó.
• Tín hiệu được chuyển thành dữ liệu để ECU xử lý.

Thanh xoắn được thiết kế trong một phạm vi làm việc nhất định. Một số hệ thống còn có cơ cấu giới hạn góc nhằm hạn chế biến dạng quá mức khi mô-men lái lớn.

Bộ phận cảm biến từ tính

Bộ phận cảm biến từ tính có nhiệm vụ phát hiện sự thay đổi tương đối giữa các thành phần khi thanh xoắn bị xoắn, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện.

Tùy thiết kế, cảm biến có thể sử dụng:

• Hall IC: phát hiện sự thay đổi từ trường/từ thông.
• Cảm biến từ trở (Magnetoresistive): dựa trên sự thay đổi đặc tính điện của phần tử cảm biến theo từ trường.
• Nam châm và các chi tiết dẫn hướng/tập trung từ trường.

Do công nghệ giữa các hệ thống khác nhau, không nên áp dụng một giá trị điện áp hoặc phương pháp đo chung cho mọi loại cảm biến. Khi chẩn đoán, kỹ thuật viên cần căn cứ vào sơ đồ mạch và thông số kỹ thuật của đúng dòng xe.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến momen xoắn

Nguyên lý hoạt động có thể tóm tắt:

Người lái đánh lái → Thanh xoắn biến dạng → Cảm biến phát hiện thay đổi → Tạo tín hiệu điện → ECU xử lý → Mô-tơ EPS tạo lực trợ lực.

Quá trình này gồm 4 bước chính:

1. Phát sinh mô-men: Người lái tác động lực lên vô lăng, tạo mô-men truyền xuống trục lái.
2. Thanh xoắn biến dạng: Mô-men làm thanh xoắn thay đổi một góc nhỏ trong giới hạn thiết kế.
3. Chuyển đổi thành tín hiệu: Phần tử cảm biến phát hiện sự thay đổi cơ học/từ trường và chuyển thành tín hiệu điện.
4. ECU điều khiển trợ lực: ECU EPS xử lý tín hiệu cảm biến cùng các dữ liệu liên quan để điều khiển dòng điện tới mô-tơ, tạo mức trợ lực phù hợp.

Lưu ý kỹ thuật: Cảm biến momen xoắn không trực tiếp tạo lực trợ lực. Nó cung cấp tín hiệu đầu vào; ECU xử lý và mô-tơ điện thực hiện lực hỗ trợ. Phân biệt rõ ba chức năng này giúp kỹ thuật viên tránh thay cảm biến theo phỏng đoán khi chẩn đoán lỗi EPS.

Mối quan hệ giữa cảm biến momen xoắn và cảm biến góc lái

Hai cảm biến đều đóng vai trò quan trọng trong EPS nhưng đo hai đại lượng khác nhau:

• Cảm biến momen xoắn: xác định lực/mô-men người lái tác động lên hệ thống lái.
• Cảm biến góc lái: xác định góc hoặc vị trí quay của vô lăng/trục lái.
• ECU EPS: tổng hợp các tín hiệu để tính toán và điều khiển mức trợ lực.

Có thể hình dung:

• Momen xoắn = Người lái tác động lực bao nhiêu?
• Góc lái = Vô lăng đang quay ở vị trí nào?
• ECU EPS = Cần trợ lực như thế nào?

Ở một số thiết kế, cảm biến momen và cảm biến góc lái có thể được tích hợp hoặc bố trí trong cùng khu vực cụm cảm biến. Tuy nhiên, về chức năng, hai cảm biến vẫn cần được phân biệt khi chẩn đoán.

Học sửa chữa ô tô chuyên nghiệp cùng Auto Protech

Nếu bạn muốn học sửa chữa xe ô tô chuyên nghiệp, đặc biệt nâng cao kiến thức về điện – điện tử ô tô, hệ thống EPS, cảm biến và kỹ thuật chẩn đoán lỗi, Auto Protech là lựa chọn phù hợp để học từ kiến thức nền tảng đến thực hành thực tế.

👉 Liên hệ Auto Protech để được tư vấn chương trình học sửa chữa ô tô chuyên nghiệp, rèn luyện kỹ năng chẩn đoán và sửa chữa trên các hệ thống ô tô hiện đại.

Auto Protech – Đào tạo nghề sửa chữa ô tô chuyên nghiệp, chú trọng thực hành và kỹ năng chẩn đoán thực tế.

Thông tin liên hệ:

• Địa chỉ: 60A Kênh Tân Hóa, Phú Trung, Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh
• Địa chỉ: 83/4 Quốc Lộ 13 Cũ, Phường Hiệp Bình Phước, Tp. Thủ Đức, TP.HCM
• Điện thoại – Zalo: 028 22287175 – 090 885 8875
• Email: haihv78@gmail.com