doantotnghiepcongngghe gtvt

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ
THỐNG LÁI ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA VIOS 2018

Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp:
Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ
Hệ:

ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội, Tháng 04 / 2022


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sự thay da
đổi thịt của quá trình cơng nghiệp hố hiện đại hố đất nước và sự hội nhập của các
nghành cơng nghiệp, kỹ thuật Ơtơ ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển. Thể
hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ơtơ giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển rộng
lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA, NISSAN, DAEWOO, KIA,
…
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ơtơ là hệ thống lái. Hệ thống này có

chức năng điều khiển hướng chuyển động của Ơtơ, nó đảm bảo tính năng ổn định chuyển
động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Trong quá trình chuyển động hệ
thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ơtơ,
đặc biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó người ta khơng ngừng cải tiên hệ thống lái để
nâng cao tính năng của nó.
Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại. Em đã
được giao nhiệm vụ “TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
LÁI ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA VIOS 2018”. Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến q
trình điều khiển làm tăng tính năng an tồn chuyển động và giúp cho người lái giảm mệt
mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề địi hỏi phải có thời gian
dài nghiên cứu và thực nghiệm. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng với khả năng và thời
gian hạn chế nên bản đồ án của em còn nhiều khiếm khuyết. Em mong các thầy và các
bạn góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hướng dẫn: Thầy DƯƠNG NGỌC
KHÁNH đã tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành được bản đồ án này. Em xin chân
thành cảm ơn các Thầy, cơ trong bộ mơn Ơtơ - Khoa Cơ Khí Trường Đại Học Cơng Nghệ
Giao Thơng Vận Tải cùng các bạn đã giúp đỡ em trong q trình nghiên cứu và hồn
thành đồ án.
Sinh viên


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................2
MỤC LỤC.......................................................................................................... 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.............................................................................5
1.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu...............................................................5
1.1.1. Công dụng..........................................................................................5
1.1.2. Phân loại............................................................................................5
1.1.3. Yêu cầu..............................................................................................5
1.2. Kết cấu hệ thống lái...................................................................................6
1.2.2. Trục lái...............................................................................................7
1.2.3. Cơ cấu lái...........................................................................................7
1.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.....................................................7
1.3.1. Thông số loại xe nghiên cứu.............................................................7
1.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế..........................................................10
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ
THỐNG LÁI ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA VIOS 2018..................................23
2.1. Tính tốn các thơng số cơ bản.................................................................23
2.2. Thiết kế, kiểm nghiệm các cụm, chi tiết chính.......................................23
2.2.1. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động.......................................23
2.2.2. Kiểm tra động học quay vịng của hình thang lái...........................27
2.2.3. Xác định chiều dài thanh răng.......................................................37
2.2.4. Tính tốn bộ truyền cơ cấu lái........................................................38
2.2.5. Tính bền dẫn động lái......................................................................46
2.2.6. Tính tốn trợ lực..............................................................................49
CHƯƠNG 3 : CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN.........................................................60
3.1. Các yêu cầu chung....................................................................................60


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC

3.2. Các chế độ bảo dưỡng hệ thống lái.........................................................60
3.2.1. Bảo dưỡng thường xuyên................................................................60
3.2.2. Bảo dưỡng 1 (sau 6500 Km)............................................................61
3.2.3. Bảo dưỡng 2 (sau 12500 Km)..........................................................61
3.3. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục..........................................61
3.3.1. Lái nặng...........................................................................................61
3.3.2. Hành trình tự do lớn........................................................................62
3.3.3. Trợ lực lái làm việc nhưng lực trợ lực nhỏ.....................................62
3.3.4. Lực trợ lực nhỏ và khơng đều khi quay vịng về hai phía..............63
3.3.5. Mất trợ lực lái..................................................................................63
3.3.6. Có tiếng ồn khi bơm làm việc..........................................................64
3.3.7. Có tiêng gõ trong cơ cấu lái.............................................................64
3.3.8. Dầu chảy qua lỗ thơng hơi của bơm...............................................65
3.3.9. Dầu nóng q gây lọt dầu...............................................................65
3.3.10. Dây đai quá căng...........................................................................65
3.3.11. Dây đai chùng................................................................................65
3.3.12. Chảy dầu ở các đệm phớt...............................................................66
3.4. Một số nội dung bảo dưỡng, sửa chữa chính..........................................66
3.4.1. Kiểm tra hành trình tự do vành tay lái............................................66
3.4.2. Kiểm tra đầu thanh nối....................................................................67
3.4.3. Hiệu chỉnh lệch tâm vơ lăng............................................................68
3.4.4. Điều chỉnh góc quay vơ lăng...........................................................69
3.4.5. Kiểm tra áp suất, độ đảo của lốp.....................................................69
3.4.6. Kiểm tra góc quay bánh xe..............................................................70
3.4.7. Kiểm tra góc camber, caster và góc kingpin....................................71
3.4.8. Kiểm tra, điều chỉnh độ chụm.........................................................72
3.4.9. Bảo dưỡng bộ phận trợ lực lái........................................................74
3.5. Tháo lắp cơ cấu lái....................................................................................76
KẾT LUẬN......................................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................85

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu
1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái giữ vai trị điều khiển hướng chuyển động của ơ tơ (thay đổi hay duy
trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều khiển khác
thực hiện điều khiển ơ tơ và đóng góp vai trị quan trọng trong việc đảm bảo an tồn giao
thông khi ô tô chuyển động. Hệ thống lái bao gồm các cụm và chi tiết từ cơ cấu điều
khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiển hướng chuyển động toàn xe.
1.1.2. Phân loại
 Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
- Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS)
-

Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS)

 Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực
-

Hệ thống lái cơ khí

-

Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, kết hợp…

 Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
-

Cơ cấu lái kiểu trục vít globoit – con lăn

-

Cơ cấu lái kiểu trục vít – răng rẻ quạt và trục vít – êcu bi

-

Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

 Phân loại theo cách bố trí vành lái
Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải)
-

Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái)

1.1.3. Yêu cầu
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an tồn và ổn định chuyển động của
ơtơ là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
-

Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái.

Đảm bảo tính năng vận hành cao của ơtơ có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và

-

ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
Đảm bảo được động học quay vịng đúng để các bánh xe khơng bị trượt lết khi
quay vòng.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

-

Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác

-

động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái
Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không

-

ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
Giữ chuyển động thẳng ổn định.
Hệ thống lái phải bố trí thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.

1.2. Kết cấu hệ thống lái

Hình 1.1. Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản
1. Vành lái; 2. Trục lái; 3. Cơ cấu lái; 4. Khung xe; 5. Đòn dẫn động
1.2.1. Vành lái
Vành lái là cơ cấu có dạng vành trịn. Người lái tác dụng lực lên vành lái tạo ra mô
men quay để hệ thống lái làm việc.
Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kính của
vành lái:
Mvl=Pl.rvl
Trong đó:

Mvl : Là mơ men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con khơng được
vượt q 8.
1.2.2. Trục lái
Trục lái có nhiệm truyền mô men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái chính
có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống truc lái
để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu
này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy
ra.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và loại
trục lái khơng thay đổi được góc nghiêng.

Ngồi cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính cịn có thể có thêm một số cơ cấu điều
khiển như: cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể điều
chỉnh vị trí vơ lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt trục lái
để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất cho
người lái.
1.2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển động
quay vịng của trục lái thành chuyển động góc của địn quay đứng và đảm bảo tỉ số truyền
theo yêu cầu.
Về bản chất, cơ cấu lái là hộp giảm tốc và có nhiệm vụ tăng mômen truyền từ vô
lăng tới các bánh xe dẫn hướng. Các thông số đặc trưng cho cơ cấu lái gồm tỷ số truyền,
hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch.
1.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
1.3.1. Thơng số loại xe nghiên cứu
Thông số cơ bản của xe Toyota Vios 2018
1.5G

1.5E

KÍCH THƯỚC – TRỌNG LƯỢNG
Kích thước tổng
thể

D x R x C mm

4410 x 1700 x 1475

Kích thước nội

D x R x C mm

1915 x 1425 x 1205

1.3J


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

thất
Chiều dài cơ sở

mm

2550

Chiều rộng cơ sở

mm

1470/1460

Khoảng sáng gầm
xe

mm

145

Bán kính vịng
quay tối thiểu

m

5,1

Trọng lượng
khơng tải

kg

1075-1090

Trọng lượng tồn
tải

kg

1500

Dung tích bình
nhiên liệu

L

42

1050-1065

10101045

ĐỘNG CƠ – VẬN HÀNH
Mã động cơ

2NZFE

1NZ-FE

Loại

4 xi lanh, 16 van, DOHC

Dung tích cơng
tác

1497

1299

Kw(HP)/rp
m

80 (107)/6000

63
(84)/60
00

Nm/rpm

141/4200

121/44
00

Cơng suất tối đa

Momen xoắn tối
đa
Hệ số cản khơng
khí
Vận tốc tối đa

0.28
Km/h

170

Tiêu chuẩn xả khí

EURO 4

Hộp số

Số tự động 4
cấp

Hệ thống treo

Trước/sau

180

Số tay 5 cấp

Độc lập/dầm xoắn

170


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Lốp xe

185/60R15

Mâm xe

Mâm đúc

NGOẠI THẤT
Cụm đèn trước

Halogen,
dạng bóng
chiếu

Halogen, phản xạ đa
chiều

Đèn sương mù
phía trước

Có

Đèn sương mù
phía sau

Có

Đèn báo phanh
trên cao

Có

Gương chiếu hậu
ngồi

Gập điện, chỉnh điện, tích
hợp đèn báo rẽ

Màu
đen

Gạt mưa

Gián đoạn, điều chỉnh thời

gian

Gián
đoạn

Ăng ten

Dạng cột

Không

TIỆN ÍCH
Hàng ghế trước

Chỉnh tay 6 hướng

Hàng ghế sau

Gập 60:40

Hệ thống điều
hòa

Tự động

Hệ thống âm
thanh

CD, 1 đĩa, 06 CD, 1 đĩa,
loa, bluetooth 04 loa,

bluetooth

Chỉnh tay

Cửa sổ điều chỉnh
điện

Có (1 chạm ghế người lái)

Màn hình đa
thơng tin

Có

CD, 1
đĩa, 02
loa,
blueto
oth

Khơng


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hệ thống chống
trộm

CHƯƠNG 1
Có

Khơng

AN TỒN
Hệ thống phanh

Trước/sau
Đĩa thơng gió/đĩa đặc

Hệ thống chống
bó cứng phanh
Hệ thống phân
phối lực phanh
điện tử
Hệ thống hổ trợ
phanh khẩn cấp

Có
Có

Có

Đĩa
thơng
gió/
Tang
trống
Khơng

Khơng

Khơng

Bảng 1.1. Các thơng số cơ bản trên xe TOYTA VIOS 2018
1.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế
1.3.2.1. Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện
1.3.2.1.1 Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện:
Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men, mô tơ
điên 1 chiều, ECU, cảm biến tốc độ ô tô và các dây điện .
+ Cảm biến mơ men có nhiệm vụ xác định mô men trên trục lái do người lái tác dụng
thơng qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu nàyđến ECU.
+ Cảm biến mụ men cú nhiệm vụ xác định mô men trên trục lái do người lái tác dụng
thơng qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu này đến ECU.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Cảm biến vận
tốc xe

Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện
+ Motor điện 1 chiều:

Hình 1.3. Motor và bộ truyền trục vít – bánh ví
Trên hình 1.3 ta có motor điện được dẫn động từ ECU. Motor truyền mô men qua
khớp nối sang trục vít sang bánh vít bắt trên trục lái.
+ ECU là bộ phận điều khiển. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mơ men và cảm biến tốc độ
xe từ đó tính tốn mơ men cần trơ lực từ đó điều khiển motor điện.
+ Cảm biến tốc độ xe có nhiệm vụ đưa tín hiệu tốc độ của ơ tơ tới ECU

1.3.2.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Hình 1.4. Sơ đồ tín hiệu vào ra.
Theo hình 1.2 và hình 1.4 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là ECU
tiếp nhận 2 tín hiệu chính: tín hiệu đưa vào từ cảm biến mơ men của trục lái và tín hiệu
của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó ECU tính tốn dẫn động motor điện trợ lưc mơ
men thích hợp với lực đánh lái. Lực đánh lái càng nhiều thì motor điện càng phải trợ lực
nhiều hơn, nhưng mơ men trợ lực của motor sẽ được điều khiển giảm dần khi vận tốc xe
tăng dần.
+ Trạng thái quay vòng: khi người điều khiển quay vành lái tác động lên cảm biến mơ
men, cảm biến mơ men truyền tín hiệu cảm biến được tới ECU kết hợp với tín hiệu từ
cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính tốn dẫn động mơ tơ điện trợ lực mơ men thích hợp
và nhờ cảm biến mô men mà ECU xác định được chiều quay của trục lái từ đó điều khiển
chiều quay của motor điện cho thích hợp
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không quay nên cảm biến mô men khơng phát hiện có mơ
men trên trục lái tín hiệu đưa vào ECU của cảm biến mô men là không có nên ECU chưa
điều khiển mơ tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái đi thẳng được giữ nguyên mà khơng có
sự trợ lực.
1.3.2.2. Phương án lựa chọn thiết kế
Qua phân tích đặc điểm các hệ thống lái trợ lực, với những ưu điểm của hệ thống
lái trợ lực điện đã trình bày ở trên, em chọn phương án lựa chọn thiết kế là: hệ thống lái
trợ lực điện EPS. Vậy ta cần phải lựa chọn và thiết kế các cụm chính sau: Lựa chọn thiết
kế cơ cấu lái, lựa chọn dẫn động lái, lựa chọn thiết kế trợ lực lái.
1.3.2.2.1. Phương án lựa chọn thiết kế cơ cấu lái
+ Phương án 1 : Cơ cấu lái trục vít con lăn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng . Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có
tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này. Cơ cấu lái gồm trục vít
gơbơlơit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay
đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo
lực truyền qua cơ cấu lái.
A-A
3
1
`1

2
1
1

2
1

B
Nh×
n theo B

A

A

Hình 1.5. Cơ cấu lái trục vít – con lăn
1 -Trục vít; 2 -Con lăn.
Ưu điểm:
- Nhờ trục vít có dạng glơ-bơ-it cho nên tuy chiều dài trục vít khơng lớn nhưng sự tiếp
xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất
riêng và tăng độ chống mài mòn.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có
hai đến bốn vịng ren.
- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường trục của con lăn nằm
lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn
mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng. Tỷ số truyền cơ cấu lái
trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theo công thức:
ic 

2 r2
tz1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Trong đó:
r2 - bán kính vịng trịn ban đầu của hình glơ-bơ-it của trục vít.
t - bước của trục vít.
z1 - số đường ren của truc vít.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5  7% nhưng
sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít con lăn là không thay

đổi. Hiệu suất thuận th = 0.65, hiệu suất nghịch, ng = 0.5.
+ Phương án 2: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
- Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt qua

Hình 1.6. Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho
trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ
cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị
trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay địn
quay và trục vít phát sinh ma sát trượt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mịn
của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
Nếu bước của trục vít khơng đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ic 

CHƯƠNG 1

2 r0
Cos
t

Trong đó:
 - góc quay của địn quay đứng.
r2 - bán kính địn quay.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này

được dùng trước hết ở hệ thống lái khơng có cường hố nó được dùng chủ yếu cho ôtô tải
và ôtô khách.
Loại cơ cấu lái trục vít địn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng vì áp suất
riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mịn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mịn kém.
Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứng theo
chiều trục, ngồi ra cịn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.
+ Phương án 3: Kiểu bi trục vít êcu bi cung răng
Cấu tạo:
Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có rãnh
trịn có chứa các viên bi, các viên bi lăn trong rãnh và truyền lực. Khi đến cuối rãnh thì
các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi truc vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làm quay
răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi bánh răng rẻ quạt
quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn hướng.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1

10

CHƯƠNG 1

2

3

4

5

6

7

8

9

.
Hình 1.7. Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
1. Vỏ cơ cấu lái

6. Phớt

2.Bi dưới

7. Đai ốc điều chỉnh

3.Trục vít

8. Đai ốc hãm

4.Êcu bi

9. Bánh răng rẻ quạt

5.ổ bi trên

10. Bi

Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi –cung răng có những ưu điểm sau: Do lực cản nhỏ, do
ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ (do có ma sát lăn).
+ Tỷ số truyền:
Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách thay đổi tỷ
số truyền của cơ cấu lái. Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì làm giảm độ
nhạy của cơ hệ thống lái. Trên các xe có trợ lực lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền
không thay đổi được.
Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền khơng đổi là các bán kính ăn khớp của các
răng rẻ quạt C1, C2, C3 là bằng nhau và các bán kính ăn khớp D 1, D2, D3 của các răng đai
ốc bi cũng bằng nhau. Do vậy tỷ số truyền của mỗi răng là không đổi ở bất kỳ góc quay
nào của trục răng rẻ quạt và bằng tỷ số sau:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

D DD
C CC

c =c =c
d =d =d

Hình 1.8. Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi cung răng (tỷ số truyền không
đổi)
+Phương án 4: Kiểu bánh răng - thanh răng
Cơ cấu lái kiểu bánh răng -thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp
với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi. Thanh răng có cấu tạo dạng răng

nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh cịn lại có tiết diện
trịn. Khi vơ lăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải
hoặc sang trái trên hai bạc trượt. Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên
qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xuay đứng.
3

2

1

4
5
7
8

6

9
10

11

12

Hình 1.9. Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
1.Trục lái. 2.Chụp nhựa 3. Đai ốc điều chỉnh 4 Ổ bi trên 5 Vỏ cơ cấu lái 6. Dẫn hướng
thăng răng 7. Đai ốc . 8.Đai ốc điều chỉnh 9. Lò xo. 10.Thanh răng. 11. Trục răng. 12. ổ
bi dưới.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục răng
đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ
truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:
- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như
thanh dẫn động lái nên khơng cần các địn kéo ngang như các cơ cấu lái khác.
+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp. Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và
truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.
+ Cơ cấu lái được bao kín hồn tồn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng
Lựa chọn phương án:
Với 4 phương án trên em lựa chọn phưong án 4 làm phương án thiết kế vì hệ thống đã
có trợ lực ta chỉ cần cơ cấu lái đơn giản khơng cần có tỉ số truyền phải lớn và thay đổi, và
lúc đó thanh răng được lấy ln là 1 khâu của hình thang lái.
1.3.2.2.2. Phương án lựa chọn dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả
các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, địn kéo
ngang và các địn bên. Sự quay vịng của ơtơ là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan
hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngồi khi quay vịng là một điều khó thực
hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần
đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và địn kéo tạo lên hình
thang lái.
+ Dẫn động lái bốn khâu.
Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lực học
quay vòng các bánh xe. Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc
(lắp với dầm cầu dẫn hướng). Do đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những xe có hệ

thống treo phụ thuộc, cịn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thì khơng
dùng được.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1
V

Hình 1.10. Dẫn động lái 4 khâu.
+ Dẫn động lái sáu khâu:
Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độc lập
lắp trên cầu dẫn hướng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm
được không gian làm việc, bố trí cường hố lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái, Hiện
nay dẫn động lái sáu khâu được dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch như: Toyota,
Nisan, Mercedes, KIA, ….
Với đề tài “TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI
ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA VIOS 2018”, hệ thống treo độc lập do đó ta chọn dẫn động
lái sáu khâu. Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu là có thêm thanh nối nên ngăn ngừa
được ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lên bánh xe dẫn hướng khác.

Hình 1.11. Dẫn động lái sáu khâu
1.3.2.2.3. Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện.
Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phương án bố trí sau:
+ Phương án 1: Motor trợ lực cho bánh răng chủ động(pinion-type).


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủ động của cơ cấu
lái, nên mô men của motor không cần phải lớn và tốn khơng gian bố trí bên dưới.
+ Phương án 2: Motor trợ lực vào thanh răng(rack-type).
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ thống.
- Mô men của motor cần phải lớn và tốn khơng gian bố trí bên dưới.

`
Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu rack-type

+ Phương án 3: Motor trợ lực cho trục lái (column -type )


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu column -type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ thống.
- Motor trợ lực, cảm biến mô men, và ECU được gắn vào trục lái.
- Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên dưới
phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công việc
tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU.
- Vì motor trợ lực đặt trước cơ cấu lái nên mô men lớn nhất của motor không cần phải
lớn.
+ Phương án 4: Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện
- Nguyên lý hoạt động: lưu lượng dầu từ bơm đến van phân phối được điều chỉnh bằng
van điện từ: ECU tiếp nhận tớn hiệu từ cảm biến tốc độ xe từ đú điều khiển van điện từ
tăng giảm lưu lượng dầu phự hợp theo tốc độ của ơ tơ, vận tốc ơ tơ càng cao thì van điện

từ đúng bớt đường dầu lại và ngược lại.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1

Hình 1.15. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện
+ Phương án lựa chọn:
Với 4 phương án trên em lựa chọn phương án số 3 là hệ thống lái trợ lực điện kiểu:
column-type (motor trợ lực cho trục lái)
Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên dưới
phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công việc
tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU.
Vô Lăng

Trục lái
Cảm biến mô
men
Motor

ECU

Cơ cấu lái

Hình 1.16. Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểu column-type.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA VIOS 2018
2.1. Tính tốn các thơng số cơ bản
Thơng số đầu vào cho tính tốn kiểm tra động học hình thang lái, và tính bền hệ thống lái
được cho trong bảng 2.1.
Thông số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

Chiều dài cơ sở
Khoảng cách giữa hai trụ đứng
Chiều dài thanh bên hình thang lái
Chiều dài thanh lái ngang
Bán kính vành tay lái
Tỷ số truyền của cơ cấu lái
Bán kính bánh xe
Số răng của trục răng
Số răng của thanh răng
Đường kính vịng đỉnh của trục răng

L
B0
m
n

R
ic
rbx
Z1
Z2
dd

mm
mm
mm
mm
mm

2550
1470
160
910
180
19,5
354
9
27
50

mm
mm

Bảng 2.1. Thông số đầu vào
2.2. Thiết kế, kiểm nghiệm các cụm, chi tiết chính
2.2.1. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đã lựa chọn

Đặc điểm kết cấu:
+ Trục 1: Là trục bắt vào vành lái có nhiệm vụ nhận và truyền lực của người lái từ vành
lái xuống dưới.
+ Thanh xoắn: nối giữa trục 1 và trục 2 bằng chốt, có nhiệm vụ đảm bảo cho trục 1 và
trục 2 chuyển động quay tương đối với nhau.
+ Cảm biến mô men: được gắn trên trục 1, có nhiệm vụ xác định mơ men mà người lái tác
dụng trên trục 1, từ đó gửi tín hiệu đến ECU.
+ Trục 2: là trục bên dưới, được nối xuống cơ cấu lái, có nhiệm vụ truyền lực xuống cơ
cấu lái.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2

Trục 1
Thanh Xoắn

Bánh vít
ECU

Cảm Biến Mơmen
Motor
Trục vít

Trục 2
Hình 2.1. Kết cấu cụm trợ lực điện
+ Motor điện 1 chiều, có nhiệm vụ tạo ra mơ men trợ lực vào trục 2.
+ Trục vít - bánh vít: bánh vít chế tạo liền với trục 2, trục vít nối với motor điện 1 chiều
bằng khớp nối.

+ ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu của cảm biến mơ men và cảm biến tốc độ xe, từ đó tính
tốn dẫn động motor điện trợ lực vào trục 2.
+ Các trạng thái làm việc
+ Lực cản quay vịng nhỏ (chưa có trợ lực): Với mô men cản ở mặt đường nhỏ hơn 44
N.m (hay lực tác động lên vành lái nhỏ hơn 20N) thì hệ thống làm việc như hệ thống cơ
khí đơn thuần khơng có trợ lực.