NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE ĐỜI MỚI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN
TRÊN XE ĐỜI MỚI

SVTH: HỒNG VĂN CHIẾN
MSSV: 17145093
SVTH: NGUYỄN ĐỒN VĨ KHANG
MSSV: 17145152
Khóa: 2017
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
GVHD: GVC ThS NGUYỄN VĂN TỒN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN
TRÊN XE ĐỜI MỚI

SVTH: HỒNG VĂN CHIẾN
MSSV: 17145093
SVTH: NGUYỄN ĐỒN VĨ KHANG
MSSV: 17145152

Khóa: 2017
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
GVHD: GVC ThS NGUYỄN VĂN TỒN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 3 năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên xe đời mới
Họ tên sinh viên
1. Họ tên SV1: Hoàng Văn Chiến

MSSV: 17145093 ĐT: 0373821698

2. Họ tên SV2: Nguyễn Đoàn Vĩ Khang MSSV: 17145152 ĐT: 0399747203
I. NỘI DUNG:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Đặt vấn đề nghiên cứu
Giới hạn đề tài

Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện trên xe đời mới
So sánh với hệ thống lái khác
Tính tốn và xây dựng thuật tốn trên matlab
Kết luận và đề nghị
Tài liệu tham khảo.

II. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
III. TRÌNH BÀY:
 01 quyển thuyết minh đồ án + 1 file mềm
 Upload lên google drive của khoa file thuyết minh đồ án (word,
powerpoint, poster).
IV. THỜI GIAN THỰC HIỆN:
a.

Ngày bắt đầu: 22 tháng 3 năm 2021

b.

Ngày hoàn thành: tháng 8 năm 2021

Trưởng bộ môn

GVC.TS. Dương Tuấn Tùng

Tp.HCM, ngày 22 tháng 3 năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

GVC.ThS. Nguyễn Văn Toàn


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Hoàng Văn Chiến
Nguyễn Đoàn Vĩ Khang

MSSV: 17145093
MSSV: 17145152

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ.
Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô đời mới
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: GVC. ThS Nguyễn Văn Toàn
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Ưu điểm:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
2. Khuyết điểm:

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
3. Đề nghị cho bảo vệ hay không?

.................................................................................................................................
4. Đánh giá loại:

..................................................................................................................................
5. Điểm: ………… (Bằng chữ: .…………..……………………………………...)

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Hoàng Văn Chiến

MSSV: 17145093

Nguyễn Đồn Vĩ Khang

MSSV: 17145152

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ.

Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô đời mới
Họ và tên Giáo viên phản biện: TS. Huỳnh Phước Sơn
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
2. Ưu điểm:

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?

.................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:

..................................................................................................................................
6. Điểm: ………. (Bằng chữ: …………………………………………………...)

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy, cô của trường đại
học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tạo cho em môi trường học tập, vui
chơi, rèn luyện, … tốt nhất để dần hoàn thiện bản thân. Nơi đã cung cấp cho chúng em
những kiến thức, sự tin tưởng, sự nhận thức về cuộc sống để trang bị cho chúng em
những hành trang quý báu để tiếp tục bước trên con đường tương lai sau này.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ths. Nguyễn Văn Toàn đã tư vấn, hướng dẫn,
cung cấp tài liệu, phương án, … để giúp chúng em vượt qua những khó khăn để có thể
hoàn thành đồ án tốt nghiệp “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN
XE ĐỜI MỚI”. Trong 3 tháng qua, nhóm chúng em đã cố gắng hết sức hồn thành nhiệm
vụ có thể coi là lớn nhất trong quảng thời gian sinh viên của mình. Mặc dù chúng em đã
dùng những kiến thức được học và sự cố gắng sáng tạo khơng ngừng nghỉ để hồn thành
đồ án này. Nhưng với lượng kiến thức và thời gian có phần hạn chế nên chúng em không
thể tránh khỏi việc thiếu sót, mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cơ để chúng em có
thể hồn thiện một cách tốt hơn.
Sau cùng, Chúng em xin kính chúc q thầy, cơ của Trường đại học sư phạm kỹ
thuật thành phố Hồ Chí Minh.

i


TĨM TẮT
Cùng với q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành cơng nghiệp ơ
tơ ở nước ta ngày càng được đầu tư và phát triển. Để bắt kịp xu hướng người dùng, những
hãng xe không những tạo ra những kiểu xe về thiết kế, hiện đại về tính năng, mà vấn đề
về độ an tồn cho người sử dụng được đặt lên hàng đầu.
Trên ô tô hệ thống lái là hệ thống rất quan trọng trong quá trình vận hành của ơ
tơ. Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính
năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vịng của bánh xe dẫn hướng. Trong

q trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến an tồn chuyển động và quỹ
đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt là khi xe ở tốc độ cao. Do đó người ta không ngừng
cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng an tồn của nó.
“Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên xe đời mới’’ nhằm mục đích tạo ra tài
liệu nghiên cứu chung về hệ thống lái nói chung và hệ thống lái được sử dụng trên các
dịng xe hiện nay nói riêng. Ngồi ra cịn tính tốn và sử dụng phần mềm Matlab để xây
dựng thuật tốn tính tốn về động học, động lực học hệ thống lái.
Trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống lái từ những kiến thức được
cung cấp ở trường, đọc thêm tài liệu chuyên ngành, tìm kiếm những thông tin trên
internet và sự hỗ trợ, giúp đỡ và giải đáp nhiệt tình từ giảng viên hướng dẫn.
Sau quá trình tập trung nghiên cứu, kết quả thu được là những kiến thức bổ sung cho
chính bản thân về hệ thống lái và làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên, học sinh
muốn tìm hiểu về hệ thống lái. Cuối cùng hồn thành chương trình thuật tốn matlab
giúp đỡ nhanh chóng, chính xác cho việc tính tốn và lựa chọn thơng số phù hợp khi
thiết kế và tính toán hệ thống lái

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... i
TÓM TẮT ....................................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG ...............................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ...............................................................viii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ...................................................................... 1
1.1

Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu đề tài .............................................................................. 1

1.3

Nội dung nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 1

1.4

Phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................................................. 1

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI .......................................... 3
2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu. ............................................................................ 3
2.1.1 Công dụng. .................................................................................................... 3
2.1.2 Phân loại. ...................................................................................................... 3
2.1.3 Yêu cầu. ........................................................................................................ 4
2.2 Các bộ phận của hệ thống lái. .............................................................................. 4
2.2.1 Hệ thống lái không có trợ lực. ....................................................................... 4
2.2.2 Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái trợ lực thủy lực. .... 6
2.2.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực. ......................................................................... 7
2.2.4 Hệ thống trợ lực điện tử ................................................................................ 8
2.3 Các góc đặt bánh xe........................................................................................... 10
2.3.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (góc Camber) ............................................ 12
2.3.2 Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).
............................................................................................................................ 13
2.3.3 Góc nghiêng ngang trục đứng. ..................................................................... 14
2.3.4 Góc toe........................................................................................................ 15
2.3.5 Bán kính quay vịng. ................................................................................... 16

iii


2.4 Quan hệ động học của bánh xe dẫn hướng. ........................................................ 17
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN Ô TÔ (EPS) ....................... 19
3.1 Giới thiệu về hệ thống trợ lực điện .................................................................... 19
3.2 Các bộ phận cơ bản của trợ lực điện .................................................................. 19
3.2.1 Mô tơ trợ lực ............................................................................................... 19
3.2.2 Bộ điều khiển ECU ..................................................................................... 20
3.3 Phân loại các hệ thống trợ lực điện EPS ............................................................ 22
3.2.1 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 1............................................................... 22
3.2.2 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2............................................................... 25
3.3 Các cảm biến trong hệ thống trợ lực điện .......................................................... 27
3.3.1 Cảm biến mô men ....................................................................................... 28
3.3.2 Cảm biến tốc độ đánh lái ............................................................................. 32
3.3.3 Cảm biến tốc độ ô tô ................................................................................... 33
CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA COROLLA
ALTIS ........................................................................................................................ 40
4.1 Giới thiệu dòng xe Toyoyta corolla altis 2018 ................................................... 40
4.2 Hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Altis 2018 ........................................... 41
4.2.1 Các thông số cơ bản của xe Toyota Corolla Altis 2018................................ 42
4.2.2 Các thông số cơ bản của hệ thống lái ........................................................... 42
4.2.3 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực điện trên Toyota Corolla Altis 2018 ................. 43
4.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Corolla
Altis 2018. ........................................................................................................... 51
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN VÀ XÂY DỰNG
THUẬT TOÁN TRÊN PHẦN MỀM MATLAB ........................................................ 54
5.1. Giới thiệu phần mềm matlab............................................................................. 54
5.2 Tính tốn động học hệ thống lái ........................................................................ 57
5.2.1 Tính động học dẫn động lái trường hợp xe đi thẳng ..................................... 57

5.2.2 Tính động học dẫn động lái trường hợp xe quay vịng ................................. 58
5.2.3 Xây dựng đường cong đặc tính lái hình thang lái lý tưởng ........................... 60
5.2.4 Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái tính tốn ............................... 60
5.2.5 Xây dựng thuật tốn tính tốn động học ...................................................... 62
iv


5.3 Tính tốn động lực học trong hệ thống lái ......................................................... 64
5.3.1 Các lực tác dụng lên vô lăng ....................................................................... 64
5.2.2 Lực cực đại tác dụng lên vành tay lái Pvlmax ............................................. 67
5.3.3 Xây dựng thuật tốn tính tốn động lực học trên matlab .............................. 68
5.4 Tính tốn bộ truyền cơ cấu lái ........................................................................... 69
5.4.1 Chiều dài thanh răng ................................................................................... 69
5.4.2 Xác định kích thước và thơng số của thanh răng .......................................... 70
5.4.3 Bán kính quay vịng lăn của bánh răng ........................................................ 72
5.4.4 Xác định các thông số của bánh răng ........................................................... 72
5.4.5 Xây dựng thuật tốn tính tốn bộ truyền bánh răng ..................................... 74
5.5 Kiểm nghiệm bền .............................................................................................. 78
5.5.1 Tính bền cơ cấu lái bánh răng thanh răng .................................................... 78
5.5.2 Tính bền dẫn động lái .................................................................................. 84
5.6 Tính tốn trợ lực điện ........................................................................................ 85
5.6.1 Lực lái tác dụng khi có trợ lực ..................................................................... 85
5.6.2 Xây dựng đặc tính cường hóa lái ................................................................. 86
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 90
6.1 Kết luận............................................................................................................. 90
6.2 Kiến nghị........................................................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 91

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ABS: Anti-lock Brake System
AUX: Auxiliary
EPS: Electronic Stability Program,
ECU: Engine Control Unit
VSC: Vehicle Stability Control)
CVT: Continuously Variable Transmission
TRC: Traction Control sytem
USB: Universal Serial Bus
P/S: Power Steering

vi


DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG
Bảng 4. 1 Thông số xe Toyota Corolla Altis bản 1.8 năm 2018 .................................. 42
Bảng 4. 2: Bảng thông số hệ thống lái ........................................................................ 43
Bảng 5. 1 Bảng Các giá trị tương ứng của β với α....................................................... 60

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1: Hệ thống lái. ................................................................................................. 3
Hình 2. 2: Cấu tạo chung của hệ thống lái..................................................................... 5
Hình 2. 3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống trợ lực thủy lực. ....................................................... 7
Hình 2. 4: Hệ thống lái trợ lực thủy lực ........................................................................ 8
Hình 2. 5: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện. .............................................. 9
Hình 2. 6: Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện. .................................... 10

Hình 2. 7: Các góc đặt bánh xe. .................................................................................. 11
Hình 2. 8: Góc nghiêng ngang của bán ....................................................................... 12
Hình 2. 9: Góc Cater. .................................................................................................. 13
Hình 2. 10: Góc Kingpin. ........................................................................................... 14
Hình 2. 11: Độ chụm và độ chỗi của bánh xe. ........................................................... 15
Hình 2. 12: Bán kính quay vịng. ................................................................................ 16
Hình 2. 13: Quan hệ động học của bánh xe................................................................. 17
Hình 3. 1:mơ tơ trợ lực lái .......................................................................................... 20
Hình 3. 2 ECU ............................................................................................................ 21
Hình 3. 3: Trợ lực lái điện với mơ tơ trợ lực điện trên trục lái ..................................... 23
Hình 3. 4: Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển. ......................................................... 24
Hình 3. 5: Hình Bố trí các cụm và Taplo thể hiện đèn báo lỗi P/S............................... 25
Hình 3. 6: Hình Mơ tơ lực lắp rời trên cơ cấu trục lái ................................................. 26
Hình 3. 7: Hình sơ đồ trợ lực lái mơ tơ chế tạo liền với cơ cấu lái............................... 26
Hình 3. 8: Hình Cụm mơ tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay .................. 27
Hình 3. 9: Hình sơ đồ đặc tính các vị trí làm việc của cảm biến mơ men lái loại lõi thép
trượt ........................................................................................................................... 29
Hình 3. 10: Vị trí lắp, cấu trúc và đặc tính của cảm biến mơmen lái loại lõi thép xoay.
................................................................................................................................... 30
Hình 3. 11: Cấu tạo cảm biến mômen lái loại 4 vành dây ........................................... 31
Hình 3. 12: Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến mômen lái loại 4 vành dây .......... 32
Hình 3. 13:Cấu tạp và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái ....................................... 32
Hình 3. 14: Cảm biến tốc độ đánh lái loại Hall ........................................................... 33
Hình 3. 15: Hình cảm biến tốc độ loại cơng tắc lưỡi gà. .............................................. 34
Hình 3. 16: Hình cảm biến tốc độ loại quang học ....................................................... 35
Hình 3. 17: Sơ đồ mạch điện của cảm biến loại quang ................................................ 36
Hình 3. 18: Cảm biến tốc độ xe loại MRE .................................................................. 37
Hình 3. 19 Tín hiệu cảm biến...................................................................................... 38
Hình 3. 20: Hình mạch điện loại 20 cực- điện áp ra .................................................... 39
Hình 3. 21: Hình mạch điện loại 4 cực-biến trở .......................................................... 39

viii


Hình 4. 1: Xe Toyota Corolla Altis 1.8G 2018 ............................................................ 40
Hình 4. 2: Sơ đồ tổng quan thệ thống lái trợ lực điện .................................................. 43
Hình 4. 3: Cụm vơ lăng trên Toyota Corolla Altis. ..................................................... 44
Hình 4. 4: Kết cấu trục lái........................................................................................... 45
Hình 4. 5: Tổng thể của trục lái .................................................................................. 46
Hình 4. 6: Hình cụm thước lái .................................................................................... 46
Hình 4. 7: Kết cấu khớp cấu của thanh kéo bên (rotuyn lái ngồi) .............................. 47
Hình 4. 8: Cấu tạo mơ tơ trợ lực lái. ........................................................................... 48
Hình 4. 9: Hình Cảm biến mơ men lái ........................................................................ 48
Hình 4. 10 Hình cấu tạo, nguyen lí hoạt động của cảm biến momen ........................... 49
Hình 4. 11: Hình cảm biến điện từ .............................................................................. 50
Hình 4. 12 ECU .......................................................................................................... 51
Hình 4. 13: Kết cấu hệ thống trợ lực lái EPS .............................................................. 52
Hình 5. 1: Hinh phần mềm matlab .............................................................................. 54
Hình 5. 2: giao diện làm việc của Matlab .................................................................... 56
Hình 5. 3: Hình trường học xe chuyển động thẳng ...................................................... 58
Hình 5. 4: Trường hợp xe quay sang phải ................................................................... 59
Hình 5. 5: Kết quả θ và Δα trên phần mềm matlab ...................................................... 61
Hình 5. 6: Đồ thị đặc tính động học hình thang lái lý tưởng và tính tốn ..................... 61
Hình 5. 7: Kết quả của thuật tốn matlab tìm được θ phù hợp ..................................... 63
Hình 5. 8: Hình đồ thị đặc tính động học hình thang lái lý thuyết và thực tế ............... 64
Hình 5. 9: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng ..................................................................... 65
Hình 5. 10: Bánh xe tiếp xúc với mặt đường ............................................................... 66
Hình 5. 11: Hình kết quả khi chạy code matlab tính tốn động lực học ....................... 69
Hình 5. 12: Sơ đồ dẫn động lái ................................................................................... 70
Hình 5. 13: Kết quả hiển thị chọn được số răng trên thanh răng .................................. 76

Hình 5. 14: Kết quả hiển thị chiều dài thanh răng và bán kính bánh răng .................... 76
Hình 5. 15: Kết quả hiển thị các thông số cơ bản của bánh răng ................................. 77
Hình 5. 16: Kết quả hiển thị các thông số cơ bản của bánh răng ................................. 78
Hình 5. 17: Kết quả ứng suất cho phép và ứng suất bền .............................................. 83
Hình 5. 18 kết quả chứng minh đủ điều kiện bền ........................................................ 84
Hình 5. 19: Hình mặt cắt trục lái ................................................................................. 84
Hình 5. 20: Đường đặc tính cường hóa ....................................................................... 87
Hình 5. 21: Kết quả hiện lên các lực của trợ lực ......................................................... 89
Hình 5. 22: Biểu đồ đường đặc tính cường hóa ........................................................... 89

ix


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay công nghệ mới xuất hiện liên tục. Từ đó, những thành tựu của khoa học
– kỹ thuật được áp dụng vào đời sống thực tiễn. Nhờ vậy con người ngày càng tận hưởng
được cuộc sống một cách tiện nghi và thoải mái hơn. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy,
thiết bị công nghệ hiện đại mọi nơi, trong mọi lĩnh vực.
Ở khắp mọi nơi trên trái đất, hàng ngàn việc nghiên cứu, trung tâm với hàng triệu
kỹ sư vẫn đang miệt mài nghiên cứu để đóng góp cho nhân loại những cải tiến, tìm tịi
ra những kỹ thuật mới, phục vụ cuộc sống. Có thể nói, sức mạnh về khoa học – kỹ thuật
chính là sức mạnh ghê gớm nhất, nó có thể chi phối các mặt khác như quân sự, kinh tế,
… thể hiện vị thế vai trò của một quốc gia trên trường quốc tế.
Ở Việt Nam, khơng nằm ngồi xu thế của thời đại, các nhà nghiên cứu, các kỹ sư
đặc biệt là thế hệ trẻ, các bạn sinh viên vẫn tích cực, say mê nghiên cứu khoa học để tìm
ra những kỹ thuật mới, trao đổi, học hỏi và tiếp thu những công nghệ mới trên thế giới
để phục vụ cho công cuộc hiện đại hóa – cơng nghiệp hóa đất nước.
Ngành ô tô đang rất phát triển ở Việt Nam. Hệ thống lái trên ô tô là một hệ thống
vô cùng quan trọng trên ô tô. Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật để tạo cho con người

dễ dàng khi lái hơn thì người ta đã nghiên cứu và phát triển ra “hệ thống lái sử dụng trợ
lực điện”.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Nghiên cứu về hệ thống lái sử dụng trợ lực điện dùng trên ô tô nhằm tạo thêm tài liệu
tham khảo nghiên cứu cho học sinh, sinh viên, cán bộ kỹ thuật, …
1.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài
 Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống trợ lực lái
 Nghiên cứu và tính tốn thơng số trên hệ thống lái hệ thống lái trên dòng xe
Toyota Corolla Altis 1.8G
 Xây dựng thuật hỗ trợ tính tốn động học, động lực học trên phần mềm matlab
1.4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Thu thập và chọn lọc tài liệu khoa học về hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô đời mới.
Nghiên cứu phân tích tài liệu đã tìm được và sắp xếp thành một hệ thống logic. Sau đó,
tìm hiểu nghiên cứu cách tính tốn hệ thống trợ lực lái điện thông qua phần mềm matlab
để cho việc xử lý các thông số của xe trở nên nhanh hơn. Tham khảo ý kiến từ thầy cô

1


và bạn bè về vấn đề cần làm. Cuối cùng, tổng hợp lại thành một hệ thống kiến thức đầy
đủ.

2


CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI
2.1 Công dụng, phân loại, u cầu.
2.1.1 Cơng dụng.

Hình 2.1: Hệ thống lái.
Hệ thống lái có cơng dụng giúp chúng ta duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động
của xe, giúp cho ô tô có thể giữ nguyên hướng chuyển động thẳng hoặc chuyển hướng
vòng sang trái, sang phải một cách dễ dàng thông qua vành lái (vô –lăng).
Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống khác thực hiện điều khiển ơ tơ và đóng
vai trị quan trọng trong việc đảm bảo an tồn giao thơng khi ơ tơ chuyển động.
2.1.2 Phân loại.
Theo vị trí bố trí vành tay lái.
- Hệ thống lái bố trí vành tay lái bên trái (theo luật đi đường bên phải).
- Hệ thống lái bố trí vành tay lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
Theo phương pháp chuyển hướng.
- Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước.
- Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu sau.
- Chuyển hướng tất cả bánh xe.
Theo cơ cấu lái lái.

3


* Theo nhóm cơ cấu lái dùng trục vít lõm.
- Trục vít - bánh vít.
- Trục vít - cung răng.
- Trục vít - con lăn.
- Loại trục vít – thanh răng.
- Loại bi tuần hoàn.
* Theo cơ cấu lái dùng trục vít vơ tận.
- Trục vít – chốt khớp – địn quay.
- Trục vít – êcu bi – thanh răng – bánh răng.
- Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng.
Theo cơ cấu trợ lực.

- Trợ lực cơ khí.
- Trợ lực thủy lực.
- Trợ lực hóa khí (khí nén hoặc chân không).
- Trợ lực điện.
- Trợ lực thủy lực - điện
2.1.3 Yêu cầu.
- Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng, an tồn và chính xác.
- Đảm bảo động học quay vịng tốt.
- Đảm bảo tính năng cơ động cao.
- Đảm bảo bánh xe dẫn hướng có khả năng tự ổn định cao.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại
vật.
- Hệ thống lái khơng có độ rơ lớn (hành trình tự do của vơ lăng tức là khe hở trong hệ
thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ).
- Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, lực lái thích hợp.
- Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vơ lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện giúp người lái thoải mái và không tốn nhiều sức trong
việc điều khiển xe.
2.2 Các bộ phận của hệ thống lái.
2.2.1 Hệ thống lái khơng có trợ lực.

4


Hình 2. 2: Cấu tạo chung của hệ thống lái.
1. Vành tay lái
2. Trục lái
3. Cơ cấu lái
4. Đòn quay đứng
5. Thanh kéo dọc

6. Địn quay ngang
7. Hình thang lái
Các bộ phận chính của hệ thống lái.
Vành lái.
+Là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận momen quay của người lái và
truyền lực cho trục lái. Vành lái 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 hoa then, ren và đai ốc. Ngoài chức năng chính là tiếp nhận momen quay
từ người lái vành lái cịn là nơi bố trí một số bộ phận thơng dụng như cịi, túi khí và các
nút điều khiển khác.
Trục lái.
+ Trục lái gồm có: Trục lái chính truyền động quay từ vô lăng xuống cơ cấu lái và ống
trực lái để cố định trục lái chính vào thân xe.

5


+ Trục lái chính làm nhiệm vụ truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái. Đầu trên của
trục lái chính được gia cơng ren và then hoa để lắp vơ lăng lên đó và được giữ chặt bằng
đai ốc. Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái bằng khớp nối nềm hoặc khớp
nối các đăng để giảm thiểu trấn động từ mặt đường lên vành tay lái.
+ Là nơi bố trí các cần điều khiển như đèn chiếu sáng, xi nhan, gạt mưa và nước rửa
kính.
Cơ cấu lái.
+ Cơ cấu lái có tác dụng biến đổi chuyển động quay của vành lái thành chuyển động
xoay và tịnh tiến của các chi tiết dẫn động lái. Cơ cấu lái hoạt động như một hộp giảm
tốc để tăng momen tác động của người lái đến bánh xe dẫn hướng.
- Đòn dẫn động.
+ Đòn quay đứng: truyền momen từ trục đòn quay của cơ cấu lái tới các đòn kéo dọc
hoặc kéo ngang được nối với cam quay của bánh xe dẫn động.

+ Đòn kéo: truyền lực từ đòn quay của cơ cấu lái đến cam quay của bánh xe dẫn hướng.
Tùy theo phương đặt đòn mà người ta có thể gọi là địn kéo dọc hoặc địn kéo ngang.
- Hình thang lái.
+ Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4 khâu: dầm cầu, thanh lái ngang và
hai thanh bên. Hình thang lái sẽ đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng
nhờ vào các kích thước của các thanh lái ngang, cánh bản lề và các góc đặt phải xác định.
Nguyên lý làm việc:
Khi muốn đánh lái sang trái hoặc phải người lái tác động quay vòng lên vành lái
(1) truyền động đến trục lái (2) dẫn đến cơ cấu lái (3). Chuyển động từ cơ cấu lái được
đưa đến bộ phận dẫn động lái thơng qua địn quay đứng. Dẫn động lái gồm thanh kéo
dọc (5), đòn quay bên (6), hình thang lái và các cam quay bên trái, bên phải làm quay
bánh xe ở hai bên.
2.2.2 Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái trợ lực thủy lực.
Bơm dầu của hệ thống lái trợ lực thủy lực được dẫn động cơ do đó tiêu hao cơng
suất của động cơ. Cịn mơ tơ điện của hệ thống trợ lực điện dùng điện từ ắc quy hoặc
máy phát điện của xe.
Hệ thống trợ lực điện làm việc êm hơn vì khơng có tiếng kêu của bơm trợ lực và
kết cấu tuy phức tạp hơn nhưng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lượng của hệ thống được
giảm đáng kể so với trợ lực thủy lực.
Khi trợ lực điện gặp trục trặc thì lực điều khiển của người lái chỉ như xe khơng
có trợ lực chứ khơng nặng như trợ lực thủy lực do có sức cản của dầu thủy lực. Đảm bảo

6


được vấn đề môi trường hơn so với trợ lực thủy lực khi thay thế sửa chữa lượng dầu thải
ra ảnh hưởng đến môi trường.
2.2.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực.
Hệ thống lái trợ lực là hệ thống sử dụng một phần công suất động cơ để tạo ra áp
suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để chuyển hướng

chuyển động của ô tô. Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dầu tại van điều
khiển.

Hình 2. 3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống trợ lực thủy lực.
Các bộ phận chính của hệ thống trợ lái thủy lực.
- Bình chứa: cung cấp dầu trợ lực lái. Nó được lắp đặt trực tiếp vào thân bơm hoặc lắp
tách biệt. Nếu không được lắp trực tiếp thì sẽ được nối với thân bơm bằng 2 ống mềm.
Nắp bình chứa có thước đo mức dầu.
- Bơm trợ lực lái: bơm được dẫn động bằng puly trục khuỷu động cơ và dây đai dẫn
động, và đưa dầu bị nén vào hộp cơ cấu lái. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ của động
cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào hộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ một van điều khiển
lưu lượng và lượng dầu thừa được đưa trở lại đầu hút của bơm.
- Van điều khiển: van điều khiển chuyển hướng dầu hồi về bình chứa hoặc đi tới xilanh.
- Hộp cơ cấu lái:
Piston trong xi lanh trợ lực được đặt trên thanh răng, và thanh răng dịch chuyển
do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên pít tơng theo cả hai hướng. Một phớt

7


dầu trên Piston ngăn dầu rị rỉ ra ngồi.
Trục van điều khiển được nối với vô lăng. Khi vô lăng quay theo hướng nào đó
thì van điều khiển thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng. Dầu
trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van điều khiển.
Nguyên lý hoạt động:

Hình 2. 4: Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hệ thống lái có trợ lực sử dụng cơng suất của động cơ để dẫn động bơm trợ lực
lái tạo áp suất thủy lực. Khi xoay vô lăng theo hướng nào, thì van điều khiển cũng sẽ di
chuyển làm đóng một phần cửa dầu, cịn cửa kia mở rộng hơn. Vì vậy làm thay đổi lượng

dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu ra được tạo ra. Như vậy tạo ra sự chênh lệch áp
suất giữa hai khoang trái và phải của piston. Sự chênh lệch áp suất đó làm piston dịch
chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển
bơm.
2.2.4 Hệ thống trợ lực điện tử
Hệ thống lái trợ lực điện tạo momen trợ lực nhờ mô tơ điện trợ lực vận hành lái
và giảm lực đánh lái.

8


Hình 2. 5: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện.
Các bộ phận chính của hệ thống trợ lực điện.
- ECU điều khiển: ECU tiếp nhận các thơng số tín hiệu của cảm biến momen, cảm biến
tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính tốn và điều khiển mơ tơ trợ
lực.
- Mô-tơ trợ lực: Mô-tơ trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít - bánh vít và
được điều khiển bằng ECU, mơ tơ có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác nhau tùy
theo mức độ đánh lái của người lái và momen cản quay vòng.
- Cảm biến momen: Phát hiện ra sự thay đổi xoay của thanh xoắn, tính tốn momen tác
dụng lên thanh xoắn nhờ vào sự thay đổi điện áp đặt trên đó sau đó đưa tín hiệu điện áp
đó về ECU.
- Cụm đồng hồ bảng táp-lơ: Đưa tín hiệu tốc độ của xe đến ECU.
- Đèn cảnh báo P/S: Bật đèn báo khi hệ thống gặp trục trặc.
Nguyên lý hoạt động.

9


Hình 2. 6: Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện.

Hệ thống thống trợ lực điện hoạt động trên nguyên tắc là ECU tiếp nhận các tín
hiệu chính: tín hiệu được đưa vào từ cảm biến momen của trục lái và tín hiệu của cảm
biến tốc độ của xe, tín hiệu B, chế độ khơng tải để tính tốn điều khiển mơ tơ trợ lực phù
hợp với điều kiện lái. Lực đánh lái càng lớn thì mơ tô trợ lực càng nhiều, nhưng mô men
trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng dần.
+ Trạng thái quay vòng: khi người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiện
hiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn, cảm biến momen thay đổi điện áp
tùy theo chiều quay và độ lệch tương đối giữa hai đầu thanh xoắn sau đó truyền tín hiệu
về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính tốn ra dịng
điện điều khiển và chiều quay của mô tơ trợ lực cho phù hợp.
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không được tác động do đó khơng có hiện tượng
xoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến momen không thay đổi điện áp, vì thế
ECU khơng điều khiển mơ tơ trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên.
2.3 Các góc đặt bánh xe.

10


Hình 2. 7: Các góc đặt bánh xe.
Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển xe, tính
ổn định chuyển động của ơ tơ. Các u cầu chính của việc bố trí là điều khiển chuyển
động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như khi quay vòng, kể cả
khi có sự cố ở các hệ thống khác.
Ở các bánh xe khơng dẫn hướng thì việc bố trí cũng đã được chú ý, song bị hạn
chế bởi giá thành chế tạo và phức tạp của kết cấu nên việc bố trí vẫn được tuân thủ theo
các điều kiện truyền thống.
Ơ tơ có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh vô
lăng. Tuy nhiên, nếu ô tô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên tục
lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực lớn để
quay vịng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thần khi điều

khiển xe. Đó là điều khơng mong muốn, vì vậy để khắc phục được các vấn đề nêu trên
thì các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định tùy theo yêu cầu nhất định
đối với từng loại xe và tính năng sử dụng của từng loại. Những góc này được gọi chung
là góc đặt bánh xe.
- Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).

11