NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TRÊN XE MAZDA CX5 2014

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN
TRÊN XE MAZDA CX-5 2014

CBHD: TS.Phạm Minh Hiếu.
Sinh viên: Nguyễn Văn Thuận
Mã số sinh viên: 2018602134.
LỚP: 2018DHKTOTO2-K13

Hà Nội – Năm 2022


MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................. i
DANH MỤC HÌNH ẢNH.......................................................................... iii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ....................................................................... v
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ .................. 1
1.1

Khái niệm, phân loại, yêu cầu.......................................................... 1

1.1.1

Khái niệm ................................................................................. 1

1.1.2

Phân loại................................................................................... 1

1.1.3

Yêu cầu .................................................................................... 2

1.2

Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc hệ thống lái thơng thường ....... 3

1.2.1

Cấu tạo chung ........................................................................... 3

1.2.2

Cách bố trí hệ thống lái trên xe .................................................. 4

1.3

Hệ thống lái có trợ lực................................................................... 12

1.3.1

Khái quát chung về hệ thống lái có trợ lực................................ 12

1.3.2

Vai trò của trợ lực lái .............................................................. 13

1.3.3

Phân loại trợ lực lái ................................................................. 13

1.4

Giới thiệu chung về hệ thống lái điện............................................. 17

1.4.1

Khái niệm về hệ thống lái điện................................................. 17

1.4.2

Sơ lược lịch sử phát triển của hệ thống lái điện ......................... 17

1.4.3

Các bộ phận chính của hệ thống lái điện................................... 19

1.4.4

Ưu điểm của hệ thống lái điện so với các hệ thống lái khác ....... 21

CHƯƠNG 2 KẾT CẤU BỘ PHẬN CHÍNH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN XE MAZDA CX 5 ................................... 23
2.1 Giới thiệu chung về xe MAZDA CX-5.............................................. 23
2.1.1 Hình dáng tổng thể xe MAZDA CX-5............................................ 25

2.1.2 Các thơng số kỹ thuật chính của xe ô tô MAZDA CX-5 .................. 25
2.1.3 Các sơ đồ hệ thống lái................................................................. 28
2.2 Cấu tạo của hệ thống lái điện ............................................................ 29
2.2.1 Vành tay lái................................................................................ 29
2.2.2 Trục lái ...................................................................................... 30
i


2.2.3 Cơ cấu lái................................................................................... 31
2.2.4 Dẫn động lái............................................................................... 32
2.3 Các cơ cấu trợ lực ............................................................................ 33
2.3.1 Mô tơ trợ lực điện....................................................................... 34
2.3.2 Các loại cảm biến trong hệ thống lái điện .................................... 36
2.3.3 ECU trợ lực lái ........................................................................... 38
2.4 Nguyên lí hoạt động của hệ thống lái điện ......................................... 40
CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA VÀ
CÁCH KHẮC PHỤC SỬA HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN.................................. 42
3.1 Các yêu cầu chung ........................................................................... 42
3.2 Các chế độ bảo dưỡng hệ thống lái.................................................... 42
3.3 Một số hư hỏng thường gặp, nguyên nhân và cách khắc phục............. 43
3.3.1 Tay lái nặng ............................................................................... 43
3.3.2 Độ rơ vành tay lái quá lớn........................................................... 43
3.3.3 Có tiếng gõ trong cơ cấu lái ........................................................ 43
3.3.4 Trợ lực lái kém........................................................................... 43
3.3.5 Xe lạng sang hai bên, hoặc luôn lạng về một bên ......................... 44
3.3.6 Đầu xe lắc qua lại ....................................................................... 44
3.4 Một số nội dung bảo dưỡng, sửa chữa chính ...................................... 44
3.4.1 Kiểm tra hành trình tự do của vành tay lái.................................... 44
3.4.2 Kiểm tra đầu thanh nối................................................................ 45
3.4.3 Hiệu chỉnh lệch tâm vành tay lái ................................................. 45

3.4.4 Điều chỉnh góc quay vành tay lái................................................. 46
3.4.5 Kiểm tra áp suất, độ đảo của lốp.................................................. 47
3.4.6 Kiểm tra góc quay bánh xe.......................................................... 48
3.4.7 Kiểm tra góc camber, caster và góc kingpin ................................. 48
3.4.8 Kiểm tra, điều chỉnh độ chụm ..................................................... 49
3.4.9 Kiểm tra các chi tiết khác............................................................ 50
KẾT LUẬN.............................................................................................. 52

ii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu 1 hệ thống lái đơn giản ............................................ 4
Hình 1.2 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe .................................................... 4
Hình 1.3 Các chi tiết trục lái........................................................................ 6
Hình 1.4 Cơ cấu lái loại trục vít cung răng ................................................... 7
Hình 1.5 Cơ cấu lái loại trục vít con lăn ....................................................... 8
Hình 1.6 Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay ................................................... 8
Hình 1.7 Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng ......................................... 9
Hình 1.8 Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng ....................................... 10
Hình 1.9 Cơ cấu gật gù của trục lái ............................................................ 11
Hình 1.10 Cơ cấu trượt của trục lái ............................................................ 12
Hình 1.11 Thị phần sử dụng của các hệ thống lái điện qua các năm............. 18
Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện................................................... 19
Hình 1.13 Cấu tạo của mô tơ điện một chiều. ............................................. 20
Hình 1.14 Cấu tạo của cảm biến momen quay vành tay lái.......................... 20
Hình 2.1 Hình dáng ngồi xe MAZDA CX-5. ............................................ 23
Hình 2.2 Hình dáng tổng thể xe ơ tơ MAZDA CX-5................................... 25
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc............................. 28
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập................................. 28

Hình 2.5 Vành tay lái. ............................................................................... 29
Hình 2.6 Túi khí an tồn............................................................................ 30
Hình 2.7 Trục lái....................................................................................... 31
Hình 2.8 Cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng. ........................................ 32
Hình 2.9 Sơ đồ một số hình thang lái. ........................................................ 33
Hình 2.10 Bộ trợ lực lái điện. .................................................................... 34
Hình 2.11 Môtơ trợ lực lái và trục lái......................................................... 35
Hình 2.12 Môtơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái............................................. 36
Hình 2.13 Vị trí lắp và cấu tạo của cảm biến momen quay vành tay lái........ 37
Hình 2.14 Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE.................................................. 38
iii


Hình 2.15 Bộ điều khiển EPS .................................................................... 39
Hình 3.1 Kiểm tra hành trình tự do vành tay lái.......................................... 44
Hình 3.2 Kiểm tra đầu thanh nối................................................................ 45
Hình 3.3 Hiệu chỉnh lệch tâm vành tay lái.................................................. 46
Hình 3.4 Điều chỉnh góc quay vành tay lái. ................................................ 46
Hình 3.5 Kiểm tra áp suất lốp. ................................................................... 47
Hình 3.6 Đảo lốp bánh xe.......................................................................... 47
Hình 3.7 Kiểm tra góc quay bánh xe. ......................................................... 48
Hình 3.8 Kiểm tra góc camber, caster và góc kingpin. ................................ 48
Hình 3.9 Kiểm tra độ chụm. ...................................................................... 49
Hình 3.10 Điều chỉnh độ chụm. ................................................................. 50

iv


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Phân loại các hệ thống trợ lực lái ................................................ 14

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của xe MAZDA CX-5............................... 25
Bảng 2.2 Chức Năng Của EPS ECU .......................................................... 39
Bảng 2.3 Lỗi và chế độ hoạt động.............................................................. 40
Bảng 3.1 Áp suất lốp lúc nguội.................................................................. 47
Bảng 3.2 Góc camber, caster và góc kingpin tiêu chuẩn.............................. 49
Bảng 3.3 Độ chụm tiêu chuẩn.................................................................... 49

v


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học
công nghệ như chế tạo máy với các bộ phận điều khiển tinh vi hay các rô b ốt
công nghiệp thế hệ thông minh, ngành ơ tơ cũng đang có những bước tiến lớn
với sự ứng dụng của tin học, khoa học hiện đại trong sản xuất.
Ơ tơ được sử dụng ở tốc độ ngày càng nhiều, tốc độ của những chiếc xe
đời mới liên tục được nâng cao, đi cùng với đó vấn đề an toàn chuyển động
ngày càng được các nhà khoa học công nghệ ở các trung tâm khoa h ọc cơng
nghệ tại các nước có ngành cơng nghiệp ơ tơ hoàn chỉnh đầu tư nghiên cứu.
Hê thống lái là một trong những bộ phận đảm bảo tính năng đó. Chất lượng
của hệ thống lại phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng sửa chữa. Muốn
làm tốt được việc đó, người cán bộ kỹ thuật phải nắm vững kết cấu và nguyên
lí làm việc của các bộ phận của hê thống lái.
Đề tài: ‘Nghiên cứu hệ thống lái điện trên xe MAZDA CX-5’ mong
muốn đáp ứng một phần nào mục đích đó. Nội dung đề tài đề cập đến các vấn
đề sau:
• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ơ TƠ.
• CHƯƠNG 2: KẾT CẤU BỘ PHẬN CHÍNH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN XE MAZDA CX 5.
• CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA

VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN.
Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiên
cứu kết cấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu
chung của các chi tiết hay từng cụm chi tiết. Sự ảnh hưởng của các chi tiết
hay từng cụm chi tiết đến q trình làm việc cũng như các thơng số kỹ thuật,
để đảm bảo cho ơ tơ vận hành an tồn trên đường.

vi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TƠ
Ngày nay ơ tơ được sử dụng ở tốc độ cao, vấn đề an toàn chuyển động
ngày càng được quan tâm nhiều hơn. Trong cấu tạo ôtô, hai hệ thống được coi
là quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái và hệ thống
phanh.
1.1 Khái niệm, phân loại, yêu cầu
1.1.1 Khái niệm
- Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ
cho ô tô chuyển động theo một quỹ đạo xác định nào đó.
- Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống khác thực hiện điều khiển điều
khiển oto và đóng vai trị quan trọng trong việc đảm bảo an tồn giao thơng
khi oto chuyển động.
- Các bộ phận chính của hệ thống lái:
+ Cơ cấu lái, trục lái: Tiếp nhận lực momen do người lái tác dụng lên vô
lăng đến dẫn động lái.
+ Dẫn động lái: Truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn
hướng và đảm bảo động học quay vòng đúng.
+ Trợ lực lái: Có thể có hoặc khơng. Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng
của người lái. Trợ lực lái thường được sử dụng trên các xe đời mới, xe tải
trọng lớn...

1.1.2 Phân loại
Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành
các loại sau:
❖ Theo cách bố trí vành lái:
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ơ
tơ) được dùng trên ơ tơ của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt
Nam và một số nước khác.

1


- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ô
tô) được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh,
Nhật, Thuỵ Điển, ...
❖ Theo số lượng cầu dẫn hướng:
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.
❖ Theo kết cấu của cơ cấu lái:
- Cơ cấu lái loại trục vít – bánh vít.
- Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng.
- Cơ cấu lái loại trục vít – con lăn.
- Cơ cấu lái loại trục vít – chốt quay.
- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng).
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ – thanh răng.
❖ Theo cơ cấu trợ lực:
- Trợ lực cơ khí.
- Trợ lực hố khí (khí nén hoặc chân không).
- Trợ lực điện (EPS – Electrically Power Steering).
- Trợ lực thuỷ lực-điện.

1.1.3 Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
− Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vành tay lái t ức là
khe hở trong hệ thống lái khi vành tay lái ở vị trí trung gian tương ứng với
chuyển động thẳng phải nhỏ (khơng lớn hơn 150 khi có trợ lực và khơng lớn
hơn 50 khi khơng có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Khơng có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều
kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.
2


− Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong
một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện thích thất bé.
− Hệ thống lái khơng được có độ dơ lớn. Với xe có tốc dộ lớn hơn
100km/h độ dơ vành tay lái cho phép khơng vượt q 18°. Với xe có t ốc độ
lớn nhất nằm trong khoảng (25 – 100)km/h độ dơ vành tay lái cho phép không
vượt quá 27°.
− Đảm bảo động học quay vịng đúng: để tránh các bánh xe khơng bị
trượt lê gây mịn lốp, tiêu hao cơng suất vơ ích và giảm tính ổn định của xe.
− Giảm được các va đập từ đường lên vành tay lái khi ch ạy trên đường
xấu hoặc chướng ngại vật.
− Với hệ thống lái khơng có trợ lực, số vịng quay tồn bộ của vành tay
lái khơng đựợc q 5 vịng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng
phía trong về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35°. Ở vị trí biên p hải có
vấu tỳ hạn chế quay của bánh xe.
− Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn
có thể điều khiển được xe. Đảm bảo an tồn bị động của xe, khơng gây nên
tổn thương cho người sử dụng khi bị đâm chính diện.

− Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng
lên vô lăng (P vlmax) được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn
ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ không được lớn hơn 150 ÷ 200 N.
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
1.2 Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc hệ thống lái thông thường
1.2.1 Cấu tạo chung
Mặc dù hệ thống lái ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú về
nguyên lý cũng như về kết cấu, từ hệ thống lái của xe con, xe t ải, loại xe sử
dụng treo độc lập hay phụ thuộc về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính sau:
Vành lái, trục lái, cơ cấu lái, dẫn động lái.

3


CẤU TẠO:

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu 1 hệ thống lái đơn giản
1- Vành lái;

2- Trục lái

3- Cơ cấu lái; 4-Khung xe; 5- Các cơ cấu dẫn động lái
1.2.2 Cách bố trí hệ thống lái trên xe

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe
4


Các bộ phận chính của hệ thống lái

- Vơ lăng:
+ Là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận momen quay của
người lái và truyền cho trục lái. Vơ lăng có cấu trúc tương đối giống nhau trên
các loại xe bao gồm vành hình trịn bên trong bằng thép và được bọc bằng
nhựa hoặc da. Lắp ghép với trục lái bằng then hoa, ren và đai ốc. Ngồi chức
năng chính là tiếp nhận momen quay từ người lái vành lái cịn là nơi bố trí
một số bộ phận như cịi, túi khí và các nút điều khiển khác.
+ Vành lái phải đảm bảo vững chắc và tính thẩm mỹ với nội thất xe.
- Trục lái:
+ Bao gồm trục lái chính làm nhiệm vụ truyền momen từ vành lái đến cơ
cấu lái. Đầu trên của trục lái chính được làm thon và xẻ răng cưa, vành lái
được siết chặt vào trục lái bằng đai ốc. Đầu dưới của trục lái chính được nối
với cơ cấu lái bằng khớp nối mềm hoặc khớp nối các đăng để giảm thiều chấn
động từ mặt đường lên vơ lăng.
+ Ngồi chức năng trên trục lái cịn là nơi bố trí các cần điều khiển đèn
chiếu sáng, xi nhan, gạt mưa và nước rửa kính.
+ Trục lái phải đảm bảo độ cứng để truyền momen từ vành lái đến cơ
cấu lái và đảm bảo giảm các rung động trong khi chuyển động từ mặt đường
lên vành lái, trục lái cần có kết cấu gọn bố trí hợp lý.
+ Hiện nay kết cấu trục lái rất đa dạng, đa số các xe sử dụng loại trục gãy
được cấu tạo từ các trục có khớp nối các đăng.
Cấu tạo 1 trục lái.

5


Hình 1.3 Các chi tiết trục lái
Cấu tạo
1-Phần vành lái;

2-Các cần điền khiển đèn, gạt mưa.

3-Cụm khóa điện;

4-Vỏ trục lái.

5-Khớp các đăng;

6.-Trục các đăng;

7-Khớp cao su.

- Cơ cấu lái
Cơ cấu lái có chức năng biến chuyển động quay của trục lái thành
chuyển động thẳng dẫn đến các đòn kéo dẫn hướng.
Cơ cấu lái sử dụng trên các xe ô tô hiện nay rất đa dạng tuy nhiên để
đảm bảo thực hiện tốt được chức năng trên thì chúng phải đảm bảo được các
yêu cầu sau:
+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái phải đảm bảo phù hợp với từng loại ô tô.
+ Có kết cấu đơn giản, tuổi thọ cao và giá thành thấp, dễ dàng tháo lắp và
điềuchỉnh.
+ Độ rơ của cơ cấu lái phải nhỏ.
Các kiểu cơ cấu lái:

6


❖ Cơ cấu lái loại trục vít cung răng:
Cơ cấu lái loại trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng
và kích thước so với loại trục vít bánh răng. Cung răng có thể là cung răng

thường hoặc cung răng bên. Cung răng bên có ưu điểm là tiếp xúc theo tồn
bộ chiều dài răng, do đó giảm được ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mịn, cho
nên thường dùng cho ơ tơ tải cỡ lớn.

Hình 1.4 Cơ cấu lái loại trục vít cung răng

a-

Cung răng thường

b-

Cung răng bên

❖ Cơ cấu lái loại trục vít con lăn
Cơ cấu lái loại trục vít con lăn có những ưu điểm sau:
- Nhờ trục vít có dạng glơbơit cho nên mặc dù chiều dài trục vít khơng
lớn nhưng sự tiếp xúc của các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng
hơn, có nghĩa là giảm được kích thước chung và giảm ứng suất tiếp xúc của
các răng.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau được phân tán, tuỳ theo
loại ơ tơ mà có thể làm con lăn có từ hai đến bốn vịng ren.
- Tổn thất do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trượt bằng ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp của các bánh răng.

7


Hình 1.5 Cơ cấu lái loại trục vít con lăn
❖ Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay

Cơ cấu lái loại này có ưu điểm cơ bản là có thể thiết kế tỷ số truyền thay
đổi theo các quy luật khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng.

Hình 1.6 Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay
❖ Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng
Hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn, một đai ốc bi chạy trên trục
vít nhờ rất nhiều các viên bi ở trong các rãnh xoắn trên trục vít và bên trong
đai ốc. Các viên bi lăn trong các rãnh này, các rãnh được thiết kế để cho phép
các viên bi tuần hoàn một cách liên tục.

8


Hình 1.7 Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng
Một trục với bánh răng rẻ quạt được lắp trong hộp cơ cấu lái bằng các ổ
bi kim. Phần răng rẻ quạt ăn khớp với răng của đai ốc bi. Khi trục vít quay
dẫn đến trục địn quay đứng quay.
Ưu điểm của cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng là: tổn thất ma sát
giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ nhờ biến ma sát trượt thành ma sát lăn.
❖ Cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng
Bánh răng trụ được chế tạo liền với trục lái nên còn gọi là trục răng. Khi
quay vành lái trục răng quay làm thanh răng dịch chuyển sang phải hoặc sang
trái. Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới cam quay qua các đầu
thanh răng và khớp cầu.

9


2

1

3
4
5

7
8

6

9
10

12

11

Hình 1.8 Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng
1- Trục lái; 2-Chụp nhựa; 3-Đai ốc điều chỉnh;
4- ổ bi trên; 5-Vỏ cơ cấu lái; 6- Dẫn hướng thanh răng;
7-Đai ốc; 8-Đai ốc điều chỉnh; 9-Lò xo;
10-Thanh răng; 11-Trục răng; 12- Ổ bi dưới.
Cơ cấu lái loại răng trụ thanh răng có các ưu điểm sau:
- Cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có
tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang như ở cơ cấu
lái khác. Được sử dụng khá rộng rãi trên các loại xe ô tô hiện nay như xe du
lịch và xe tải nhỏ, xe suv, sedan…
- Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao.
- Ma sát trượt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều

khiển trên vành lái nhẹ.
- Cơ cấu lái được bao kín hồn tồn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng.
- Cơ cấu dẫn động lái:
Cơ cấu dẫn động lái có chức năng truyền chuyển động điều khiển từ hộp
cơ cấu lái đến hai ngõng quay của hai bánh xe. Bảo đảm mối quan hệ cần
thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện
10


quay vịng. Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng
được đảm bảo bằng kết cấu của hình thang lái.
Cơ cấu dẫn động lái bao gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết.
Tuỳ theo cấu trúc khung gầm của từng xe người ta bố trí các loại cơ cấu dẫn
động lái khác nhau.
- Một số cơ cấu khác trên hệ thống lái:
+ Bộ phận giảm chấn: Khi chiếc xe gặp tai nạn, bộ phận giảm chấn ngăn
khơng cho trục lái chính làm tổn thương người lái bằng hai mức độ: Gãy ngay
khi xảy ra va chạm (primary shock); và hấp thụ lực của thân người lái va vào
vơ lăng do qn tính (secondary shock).
+ Cơ cấu "gật gù": Cho phép lựa chọn vị trí vơ lăng (theo hướng thẳng
đứng) để thích hợp với vị trí ngồi lái của người lái xe.
Cơ cấu tay lái nghiêng được phân loại thành loại điểm tựa trên và loại
điểm tựa dưới.

Hình 1.9 Cơ cấu gật gù của trục lái
+ Cơ cấu trượt: Cơ cấu trượt tay lái cho phép điều chỉnh vị trí vơ lăng về
phía trước hoặc về phía sau cho phù hợp với vị trí, tầm vóc của người lái xe.

11

Hình 1.10 Cơ cấu trượt của trục lái
- Khi muốn đánh lái sang phải hoặc sang trái người lái quay vành tay lái
theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại. Tùy thuộc vào đánh lái nhiều hay ít
mà người lái quay nhiều vịng hoặc ít.
- Vành tay lái quay truyền chuyển động đến trục lái.
- Đầu cuối trục lái được liên kết với cơ cấu lái bằng khớp các đăng.
- Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay từ trục lái thành chuyển
động tịnh tiến và chuyền tới cơ cấu dẫn động.
- Cơ cấu dẫn động gồm các khớp nối với bánh xe làm quay bánh xe theo
hướng mong muốn của người lái.
1.3 Hệ thống lái có trợ lực
1.3.1 Khái quát chung về hệ thống lái có trợ lực
Khái niệm :Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ô tô
chuyển động theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển
động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe.
12


Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:
− Vành tay lái, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền momen do
người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
− Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh
xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng.
− Trợ lực lái: thường được dùng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó
dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng năng lượng bên ngoại.
Trên các xe cỡ nhỏ có thể khơng có.
1.3.2 Vai trị của trợ lực lái
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của
người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. Đặc biệt trên xe có

tốc độ cao, trợ lực lái cịn nhằm nâng cao tính an tồn chuyển động khi xe có
sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ
bánh xe lên vành tay lái.
Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng
lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả
là cần một lực lái lớn hơn. Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của
cơ cấu lái. Tuy nhiên việc đó lại địi hỏi phải quay vành lái nhiều hơn khi xe
quay vịng dẫn đến khơng thể thực hiện được việc vịng ngoặt gấp .Vì vậy để
giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi vẫn chỉ cần lực lái nhỏ, cần phải có
trợ lực lái.
1.3.3 Phân loại trợ lực lái
Các hệ thống lái có trợ lực được tổng kết tại bảng 1 và chia thành 2
nhóm chính:
+ Nhóm trợ lực thủy lực đơn thuần( HPS)
+ Nhóm trợ lực có điều khiển điện – điện tử

13


Bảng 1.1 Phân loại các hệ thống trợ lực lái
Hiệu ứng cơ bản

Các cảm biến
Kiểu
trợ
lực

Phươn

Đối

CB

Cấu trúc

g pháp

tượng

tốc

cơ sở

điều

điều

độ

khiển

khiển

ơ

CB
mơ
men
lái

tơ

CB

CB

Cơ

Lực lái

góc

dịng

cấu

biến

Định giá

quay

điều

chấp

thiên

trị trợ

trục

khiể

hành

theo

lực

lái

n

tốc độ

Hệ thống
trợ lực

Tỉ lệ

thủy lực

theo

Các

với van

mức cản

hệ

trượt

quay

thống

dạng

bánh xe

lái trợ

chốt

lực

Hệ thống

thủy

trợ lực

lực

thủy lực

Tỷ lệ

theo
mức cản

với van

quay

xoay,

bánh xe

van cánh
Lưu
Lưu

Các
hệ
thống
lái trợ
lực
điều
khiển
điệnđiện
tử

lượng
Hệ thống

điều
khiển

điệnđiện tử

cấp đến

Van
0

0

xilanh

điện

0

từ

trợ lực

trợ lực
thủy lực

lượng

Áp suất
Mạch

hiệu

tắt qua

dụng

xilanh

cấp đến

trợ lực

xilanh

Van
0

0

điện

0

từ

trợ lực
Đặc

Áp suất

tính

dầu tạo

van trợ

ra ở van

Van
0

0

điện
từ

14

0

0


lực

Điều
khiển
lực
phản
hồi
thủy
lực

trợ lực

Áp suất
tác động
lên cơ
cấu phản
hồi lực

Van
0

0

điện

0

từ

thủy lực
(loại cơ
khí)
Lưu
lượng

Hệ thống

Lưu

dầu cấp

mềm dẻo

lượng

đến

0

0

0

Mơ
tơ

0

0

0

0

0

0

xilanh
trợ lực

Mơmen

Hệ thống

Dịng

của mơ

điện

tơ trợ

điện điện

lực

tử tồn

Cơng

phần

Điện

suất mơ

áp

tơ trợ

0

0

0

0

0

0

0

Mơ
tơ

Mơ
tơ

lực

Các phương pháp điều khiển nêu trên có thể được mơ tả tóm tắt như sau:
• Phương pháp điều khiển lưu lượng( Flow Control Method):
Trong phương pháp này van điện từ Solenoid được đặt tại vị trí cửa ra
của bơm để mở 1 đường dầu đi tắt về đường hồi dầu. Bộ điều khiển điện tử sẽ
điều chỉnh van điện từ solenoid mở khi ôtô chạy ở tốc độ cao để giảm lưu
lượng của bơm cấp đến van trợ lực và xilanh trợ lực. Điều này làm tăng lực

15

lái. Bằng việc giảm độ cản của mạch giữa bơm và xilanh tr ợ lực, yêu cầu về
trợ lực sẽ giảm.
Dòng dầu thủy lực được đưa tới xilanh trợ lực sẽ giảm khi lái ở tốc độ
cao và vậy đối với phương pháp này, lượng tỉ lệ phản hồi và lực p hản lái sẽ
cân bằng tại điểm cân bằng
• Phương pháp điều khiển mạch tách qua xilanh trợ lực(Cylinder
Bypass Control Method):
Trong phương pháp này một van điện và một mạch rẽ sẽ được thiết lập
hai khoang cửa xilanh trợ lực. Thời gian mở van sẽ được kéo dài bởi bộ điều
khiển điện tử cho phù hợp với việc tăng tốc độ ôtô. Như vậy sẽ giảm được áp
suất dầu trong xilanh trợ lực và tăng hiệu quả lái. Giống như p hương p háp
điều khiển lưu lượng hệ thống này cũng đạt được điểm cân bằng giữa lượng
phản hồi lái và lực phản lái.
• Phương pháp điều khiển đặc tính van (Valve Characteristics Control
Method):
Trong phương pháp này áp suất điều khiển bị giới hạn bởi cơ cấu van
xoay tức là điều khiển lượng và áp suất của dầu cung cấp cho xi lanh tr ợ lực
được chia thành phần thứ hai, phần thứ ba. Còn phần thứ tư được điều khiển
bởi tín hiệu Mơ tơ điều khiển dịng dầu giữa phần thứ hai và phần thứ ba của
van. Hiệu quả lái được điều khiển bằng cách phát hiện ra những biến đổi điều
khiển của phần thứ tư để biến đổi tỉ lệ trợ lực. Do cấu trúc hệ thống đơn giản
và dòng dầu được cung cấp hiệu quả từ bơm đến xilanh trợ lực, hệ thống này
thể hiện lượng phản hồi tốt. Khi dòng điện cấp cho van điện từ là 0,3A van sẽ
mở hết cỡ và rất phù hợp với chạy xe tốc độ cao.
• Phương pháp điều khiển phản lực dầu (Hydraulic Reaction Force
Method):
Trong phương pháp này hiệu quả lái được điều khiển bởi cơ cấu p hản
lực dầu, nó được lắp trên van xoay( van trợ lực). Van điều khiển phản lực dầu

làm tăng áp suất dầu cấp cho khoang phản lực phù hợp với tốc độ xe.
16


• Phương pháp điều khiển bằng dòng điện và điện áp:
Trong phương pháp này dùng mô tơ điện một chiều để tạo mômen trợ
lực cho HTL. Nhờ vào các cảm biến mà quyết định được công suất mô tơ trợ
lực.
1.4 Giới thiệu chung về hệ thống lái điện
1.4.1 Khái niệm về hệ thống lái điện
Hệ thống lái điện – hệ thống lái trợ lực điện (electrically assisted p ower
steering system) còn được gọi tắt là Tay lái điện (Electric Power Steering,
EPS).
Hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử là hệ thống lái có khả năng
tạo ra lực đẩy phụ hỗ trợ lái xe quay vành tay lái khi quay vịng. Việc điều
khiển xe khơng hồn tồn phải phụ thuộc vào người lái nữa, bộ trợ lực lái
điều khiển bằng điện tử sẽ hỗ trợ một phần trong việc điều khiển xe, đặc biệt
là lúc xe chạy với tốc độ cao thì việc điều khiển xe sẽ khó hơn, lúc này bộ trợ
lực điện tử sẽ tự động điều chỉnh để cho xe có thể chạy được bình thường
giảm căng thẳng cho người lái, và nâng cao độ an toàn cho người và xe.
1.4.2 Sơ lược lịch sử phát triển của hệ thống lái điện
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, khơng
bằng một nửa tay lái thủy lực (Hydraulic Power Steering, 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 cịn 30,9% và tay lái khơng trợ lực cịn 10,9%.

17

Hình 1.11 Thị phần sử dụng của các hệ thống lái điện qua các năm.
Lí do EPS phát triển nhanh chóng là dựa 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 ln thích hợp.
− HPS phức tạp hơn, nặng hơn và chiếm khơng gian nhiều hơn EPS.
HPS sử dụng dầu khống để vận hành, do vậy bơm thủy lực p hải 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 cơng nghệ tiết kiệm nhiên liệu
stop-start. Theo tính tốn của các nhà chun mơn, EPS giúp xe tiết kiệm
nhiên liệu từ 2 đến 3% so với HPS.
Bên cạnh đó, EPS cũng có nhược điểm. 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 hệ thống lái trợ lực điên (EPS) rõ rang vượt
trội hơn so với hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS) và sẽ dần thay thế nó.

18