XÂY DỰNG và mô PHỎNG hệ THỐNG lái TRỢ lực điện TRÊN ô tô HIỆN đại

MỤC LỤC
Hình 1.1 : Hệ thống lái 1 V
Hình 1.2: Biến dạng của lốp 4 V
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4 V
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6 V
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái. 8 V
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9 V
Hình 2.1: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng 11 V
Hình 2.2: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau 12 V
Hình 2.3: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ô tô 14 V
Hình 2.4 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng. 15 V
Hình 2.5: Góc caster và khoảng caster của bánh xe 16 V
Hình 2.6: Mô hình một vết của ô tô 17 V
Hình 2.7: Quan hệ động lực học của mô hình một vết 19 V
Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20 V
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25 V
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27 VI
Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28 VI
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29 VI
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều. 30 VI
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31 VI
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31 VI
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33 VI
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34 VI
Hình 3.9 : Cấu tạo roto. 35 VI
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 VI
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 VI
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 VI
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 VI
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 VI
I

Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49 VI
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50 VI
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51 VI
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51 VI
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52 VI
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52 VI
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54 VI
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55 VI
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô trong trường
hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56 VII
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái
có tỷ số truyền thay đổi 58 VII
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có
tỷ số truyền cố định 58 VII
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc của ô tô trong
trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi. 59 VII
DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ VII
Hình 1.1 : Hệ thống lái 1 IX
Hình 1.2: Biến dạng của lốp 4 IX
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4 IX
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6 IX
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái. 8 IX
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9 IX
Hình 2.1: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng 11 IX
Hình 2.2: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau 12 IX
Hình 2.3: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ô tô 14 IX
Hình 2.4 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng. 15 IX
Hình 2.5: Góc caster và khoảng caster của bánh xe 16 IX
Hình 2.6: Mô hình một vết của ô tô 17 IX
Hình 2.7: Quan hệ động lực học của mô hình một vết 19 IX

Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20 IX
II
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25 IX
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27 IX
Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28 IX
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29 IX
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều. 30 X
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31 X
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31 X
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33 X
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34 X
Hình 3.9 : Cấu tạo roto. 35 X
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 X
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 X
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 X
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 X
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 X
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49 X
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50 X
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51 X
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51 X
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52 X
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52 X
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54 X
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55 X
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô trong trường
hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56 X
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái
có tỷ số truyền thay đổi 58 X
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có

tỷ số truyền cố định 58 X
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc của ô tô trong
trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi. 59 X
III
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT XI
LỜI NÓI ĐẦU XII
PHẦN I: MỞ ĐẦU XIII
CHƯƠNG 2: YÊU CẦU THAY ĐỔI TỶ SỐ TRUYỀN 11
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 27
30
31
IV
DANH MỤC BẢNG, BIỂU
DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ VIII
Hình 1.1 : Hệ thống lái 1 X
Hình 1.2: Biến dạng của lốp 4 X
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4 X
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6 X
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái. 8 X
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9 X
Hình 2.1: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng 11 X
Hình 2.2: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau 12 X
Hình 2.3: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ô tô 14 X
Hình 2.4 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng. 15 XI
Hình 2.5: Góc caster và khoảng caster của bánh xe 16 XI
Hình 2.6: Mô hình một vết của ô tô 17 XI
Hình 2.7: Quan hệ động lực học của mô hình một vết 19 XI
Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20 XI
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25 XI
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27 XI

Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28 XI
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29 XI
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều. 30 XI
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31 XI
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31 XI
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33 XI
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34 XI
Hình 3.9 : Cấu tạo roto. 35 XI
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 XI
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 XI
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 XI
V
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 XI
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 XI
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49 XI
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50 XI
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51 XI
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51 XII
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52 XII
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52 XII
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54 XII
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55 XII
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô trong trường
hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56 XII
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái
có tỷ số truyền thay đổi 58 XII
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có
tỷ số truyền cố định 58 XII
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc của ô tô trong
trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi. 59 XII

DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT XIII
LỜI NÓI ĐẦU XIV
PHẦN I: MỞ ĐẦU XV
1.1. Lý do chọn đề tài XV
1.2. Mục tiêu của đề tài XV
1.3. Phạm vi giới hạn của đề tài XV
1.4. Phương pháp nghiên cứu XV
1.5. Nội dung chính của đồ án XVI
Hình 1.1 : Hệ thống lái 1
Hình 1.2: Biến dạng của lốp 4
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái 8
VI
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9
CHƯƠNG 2: YÊU CẦU THAY ĐỔI TỶ SỐ TRUYỀN 11
Hình 2.1: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng
11
Hình 2.2: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau 12
Hình 2.3: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ô tô 14
Hình 2.4 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng 15
Hình 2.5: Góc caster và khoảng caster của bánh xe 16
Hình 2.6: Mô hình một vết của ô tô 17
Hình 2.7: Quan hệ động lực học của mô hình một vết 19
Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 27
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27
Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29

Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật tham khảo của xe KIA MORNING 29
3.3. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lựa chọn 30
3.3.1. Động cơ điện một chiều 30
30
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều 30
31
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34
Hình 3.9 : Cấu tạo roto 35
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37
VII
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô
trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc
với hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 58
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với

hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 58
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc
của ô tô trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 59
Bảng 4.2: Kết quả thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng phụ thuộc vận tốc 59
DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Hệ thống lái 1 VI
Hình 1.2: Biến dạng của lốp 4 VI
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4 VI
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6 VI
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái. 8 VI
VIII
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9 VII
Hình 2.1: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng 11 VII
Hình 2.2: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau 12 VII
Hình 2.3: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ô tô 14 VII
Hình 2.4 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng. 15 VII
Hình 2.5: Góc caster và khoảng caster của bánh xe 16 VII
Hình 2.6: Mô hình một vết của ô tô 17 VII
Hình 2.7: Quan hệ động lực học của mô hình một vết 19 VII
Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20 VII
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25 VII
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27 VII
Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28 VII
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29 VII
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều. 30 VII
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31 VII
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31 VII
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33 VII
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34 VII
Hình 3.9 : Cấu tạo roto. 35 VII

Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 VII
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 VIII
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 VIII
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 VIII
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 VIII
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49 VIII
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50 VIII
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51 VIII
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51 VIII
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52 VIII
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52 VIII
IX
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54 VIII
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55 VIII
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô trong trường
hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56 VIII
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái
có tỷ số truyền thay đổi 58 VIII
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có
tỷ số truyền cố định 58 VIII
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc của ô tô trong
trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi. 59 VIII
DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ VIII
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT XIII
LỜI NÓI ĐẦU XIV
PHẦN I: MỞ ĐẦU XV
1.1. Lý do chọn đề tài XV
1.2. Mục tiêu của đề tài XV
1.3. Phạm vi giới hạn của đề tài XV
1.4. Phương pháp nghiên cứu XV

1.5. Nội dung chính của đồ án XVI
Hình 1.1 : Hệ thống lái 1
Hình 1.2: Biến dạng của lốp 4
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái 8
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9
CHƯƠNG 2: YÊU CẦU THAY ĐỔI TỶ SỐ TRUYỀN 11
Hình 2.1: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng
11
Hình 2.2: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau 12
Hình 2.3: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ô tô 14
Hình 2.4 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng 15
X
Hình 2.5: Góc caster và khoảng caster của bánh xe 16
Hình 2.6: Mô hình một vết của ô tô 17
Hình 2.7: Quan hệ động lực học của mô hình một vết 19
Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 27
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27
Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29
3.3. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lựa chọn 30
3.3.1. Động cơ điện một chiều 30
30
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều 30
31
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31

Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34
Hình 3.9 : Cấu tạo roto 35
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51
XI
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô
trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc
với hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 58
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với
hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 58
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc
của ô tô trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 59
XII
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
XIII
TT Ký hiệu Giải thích Đơn vị
1

λ
Độ trượt
%
2 P
f
Lực cản lăn N
3 β Góc lệch thân xe so với phương chuyển động Rad
4 α Góc lệch bánh xe dẫn hướng Rad
5 ε Góc quay thân xe Rad
6 L Chiều dài cơ sở M
7 a
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu trước
M
8 b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu sau M
9 h Chiều cao trọng tâm m
10 v Vận tốc chuyển động của ô tô m/s
11 F
i
Lực dọc tại các bánh xe N
12 S
i
Lực bên tại các bánh xe N
13 P
fi
Lực cản lăn tại các bánh xe N
14 M
sat
Mômen trả lái về N.m
15 θ
c

Góc quay của trục lái rad
16 J
c
Mômen quán tính của trục lái Kg.m
2
17 δ Góc quay của bánh xe dẫn hướng rad
18 i
r
Tỷ số truyền cơ cấu lái
19 J
m
Mômen quán tính của motor điện Kg.m
2
20 K
m
Hệ số mômen của motor điện N.m/A
21 x
r
Chuyển vị của thanh răng m
22 M
s
Mômen tác động lên vành tay lái N.m
LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ
mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt
trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản phẩm xe hơi.
Nó không những là phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó còn là tác phẩm thể hiện sự tiện
nghi, sang trọng. Đi cùng với nó là nâng cao tính an toàn tạo ra sự êm ái, thoải mái khi
điều khiển. Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an toàn

của một chiếc xe. Chính vì vậy em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của
các hệ thống lái. Tiêu biểu cho sự hiện đại và tương lai sẽ thay thế các hệ thống lái thông
thường là hệ thống lái có trợ lực điện EPS (Electric Power Steering).
Hệ thống lái trợ lực điện EPS có khả năng xử lý rộng rãi nhiều thông tin liên quan
tới khả năng quay vòng của ô tô, hoàn thiện chất lượng điều khiển và quay vòng, và
không phụ thuộc vào tốc độ làm việc của động cơ, điều mà các hệ thống trợ lực lái trước
khó có thể làm được. Vì vậy em đã chọn đề tài: “Xây dựng và mô phỏng hệ thống lái trợ
lực điện trên ô tô hiện đại” với mong muốn làm sáng tỏ được vấn đề trên.
Trong quá trình thực hiện đề tài do trình độ và hiểu biết còn hạn chế. Nhưng được
sự chỉ bảo tận tình của thầy PHẠM VĂN KIÊM. Nay đề tài của em đã được hoàn thành
đúng thời hạn. Tuy vậy đề tài vẫn còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy (cô) đóng góp
ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hưng yên, ngày tháng năm 2013
Sinh viên thực hiện:
Trần Hữu Thăng
XIV
PHẦN I: MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
Hệ thống lái trợ lực điện xuất hiện sớm trên thế giới nhưng lại là rất mới mẻ với
nước ta. Được coi là vượt trội so với các hệ thống lái trợ lực truyền thống như trợ lực thủy
lực, trợ lực khí nén…và có khả năng đáp ứng được những yêu cầu về tỉ số truyền thay
đổi. Đây là một yêu cầu rất quan trọng và đặc biệt là đối với các xe ô tô hiện đại ngày
ngay. Để hiểu rõ hơn về hệ thống em đã chọn đề tài: “Xây dựng và mô phỏng hệ thống lái
trợ lực điện trên ô tô hiện đại”. Nghiên cứu riêng về sử dụng hệ thống lái có tỷ số truyền
thay đổi nói chung cũng như nghiên cứu về đặc tính làm việc của hệ thống trợ lực lái điện
nói riêng.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Phân tích kết cấu của hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô hiện đại
- Phân tích các yêu cầu đối với hệ thống lái của ô tô khi chuyển động ở tốc độ cao,

khả năng đáp ứng yêu cầu đòi hỏi thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái trợ lực điện.
- Xây dựng được mô hình, mô phỏng nghiên cứu đặc tính làm việc của hệ thống lái
trợ lực điện, có kể đến ảnh hưởng của sự biến dạng của lốp, vận tốc của ô tô, mômen tác
động lên vành tay lái trên máy tính bằng phần mềm Matlab&Simulink.
1.3. Phạm vi giới hạn của đề tài
Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống lái trợ lực điện trên xe ô tô hiện đại (KIA Morning).
Xây dựng và mô phỏng số bằng phần mềm Matlab&Simulink.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thông qua mô phỏng trên máy tính
Phương pháp này được thực hiện qua các bước:
Bước 1: Tìm hiểu về các vấn đề tỷ số truyền động học, động lực học của hệ thống lái
Bước 2: Nghiên cứu và thiết lập mô hình toán học (Các phương trình vi phân mô tả
hệ thống và các quy luật vật lý) trên phần mềm Matlab&Simulink.
Bước 3: Lập trình giải bài toán mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab
Simulink. Chọn một bộ số liệu tính toán cho xe để ứng dụng vào tính toán mô phỏng.
Bước 4: Đưa ra các kết quả cụ thể bằng đồ thị. Phân tích, thảo luận, đánh giá và
nhận xét các kết quả.
XV
1.5. Nội dung chính của đồ án
Nội dung chính sẽ được trình bày qua các chương sau:
+ Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu.
+ Chương 2: Yêu cầu thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái.
+ Chương 3: Xây dựng mô hình hệ thống lái trợ lực điện.
+ Chương 4: Mô phỏng số.
+ Kết luận và kiến nghị.
XVI
PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống lái
1.1.1. Công dụng

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.
Hình 1.1 : Hệ thống lái
Hệ thống lái có nhiều loại, thông thường bao gồm các bộ phận chính như :
 Vành lái: Là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp của
người điều khiển.
 Cơ cấu lái: Là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ô tô đảm nhận
phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái.
 Dẫn động lái: Bao gồm đòn quay đứng, đòn kéo dọc, hình thang lái, đòn quay
ngang, có nhiệm vụ liên kết cơ cấu lái với bánh xe và dẫn động cho bánh xe dẫn hướng.
 Trợ lực lái: Trợ lực lái có thể có hoặc không. Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng của
người lái bằng nguồn năng lượng từ bên ngoài. Nó thường được sử dụng trong các xe có
tải trọng vừa và lớn
1.1.2. Phân loại
1
Tuỳ thuộc 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 ô tô) được
dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt Nam và một số nước
khác.
- 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 kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực
- Hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực.
- Hệ thống lái có trợ lực khí nén.
- Hệ thống lái có trợ lực liên hợp.
1.1.3. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
+ Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí
trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 15
0
khi có trợ lực
và không lớn hơn 5
0
khi không có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm
việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: Tức xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một
khoảng thời gian ngắn, trên một diện tích bé.
2
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: Để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn
lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp
chướng ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô
lăng (P

lvmax
) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: P
lvmax
không được lớn hơn 150 ÷ 200 N.
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mômen quay các bánh xe dẫn
hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của
vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.
1.2. Tính dẫn hướng của ô tô.
Tính dẫn hướng của ô tô là khả năng giữ được hướng chuyển động của ô tô theo
góc quay vành lái khi chịu tác dụng của các lực và mômen ngoại cảnh. Khi thực hiện
quay vòng thì yêu cầu đặt ra đối với hệ thống lái là phải đảm bảo động lực chuyển động
và quay vòng xe, người lái quay vành tay lái thông qua dẫn động lái và cơ cấu lái làm
bánh xe dẫn hướng quay đi một góc.
Quỹ đạo chuyển động của ô tô liên quan đến tính dẫn hướng của xe. Sự chuyển
động của ô tô trên đường phụ thuộc vào rất nhiều mối quan hệ của bánh xe với nền
đường. Khi chuyển động trên các đường xá khác nhau cùng với việc sử dụng lốp đàn hồi
đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như độ ổn định của ô tô. Khi đó,
tại bánh xe luôn xuất hiện góc lăn lệch (biến dạng bên) do chịu đồng thời lực kéo và lực
bên. Hình 1.2 thể hiện biến dạng của lốp khi chịu tác động của lực ngang, biến dạng bên
này làm sai lệch quỹ đạo chuyển động. Để khắc phục hiện tượng này thì trong hệ thống
lái cần phải bố trí cơ cấu để bù được sự biến dạng của lốp.
.
3
Hình 1.2: Biến dạng của lốp
. Đối với hệ thống lái trên ô tô một trong những đặc điểm khác so với hệ thống lái
lắp trên các phương tiện khác là sau khi thực hiện quay vòng, người lái không cần tác
động lực lên vành lái mà các bánh xe dẫn hướng có khả năng tự động quay về trạng thái
chuyển động thẳng. Điều này được thực hiện nhờ mômen trả lái về M

sat
, mômen này xuất
hiện đầu tiên là do các quan hệ hình học trong hệ thống lái, đặc biệt là góc Caster được
thể hiện trên hình 1.3, sau đó là do khi quay vòng xuất hiện lực ngang, lực ngang này làm
biến dạng lốp cao su, sự biến dạng đàn hồi này làm cho xuất hiện mômen để lốp trở về
trạng thái ổn định.
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster
Để tăng tính an toàn chuyển động, người ta tăng diện tích tiếp xúc của lốp với mặt
đường, đồng thời giảm áp suất lốp. Nhưng như vậy cũng đồng nghĩa với việc cần phải
đánh lái với một lực lớn hơn. Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và tăng tính
an toàn cho hệ thống điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ lực lái.
1.3. Các hệ thống có trợ lực lái.
Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và tăng tính an toàn cho hệ thống
điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ lực lái.
4
Người điều
khiển
Hệ thống lái Bánh xe
Trợ lực lái
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực
Yêu cầu đặt ra đối với trợ lực là:
+ Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được.
+ Trợ lực lái phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản của mặt đường khi quay
vòng. Điều này đồng nghĩa với khả năng trợ lực cần tăng cao khi mômen cản quay vòng
lớn và ngược lại khả năng trợ lực cần giảm khi xe chuyển động với tốc độ cao.
Hệ thống lái trợ lực trên xe hiện đại có các kiểu sau: Trợ lực khí nén, trợ lực thủy
lực, trợ lực điện.
1.3.1. Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ trợ lực 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.
5
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hệ thống gồm 3 phần chính: Bơm dầu trợ lực (bơm cánh gạt), van điều khiển, xy
lanh lực.
 Ưu, nhược điểm của hệ thống:
Thông qua đặc điểm làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực ta thấy hệ thống có
các ưu điểm, nhược điểm là như sau:
- Ưu điểm:
+ Với hệ thống lái trợ lực thuỷ lực đã giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so
với hệ thống lái không có trợ lực vì có thêm trợ lực tác động của piston-xy lanh lực lên
thanh răng do áp suất dầu của bơm trợ lực gây ra.
+ Trong trường hợp xe bị nổ lốp hoặc xì hơi thì hệ thống đảm bảo được an toàn về
hướng trong quá trình chuyển động.
+ Làm việc tin cậy có độ bền cao, chịu được va đập nhẹ.
- Nhược điểm:
+ Trong hệ thống lái trợ lực thuỷ lực, nguồn năng lượng trợ lực được tạo thành do
sự làm việc bơm dầu mà bơm dầu lại được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ, sử dụng
một phần công suất của động cơ. Trong quá trình chuyển động, ngay cả khi xe chuyển
động thẳng thì bơm dầu vẫn làm việc, điều này gây lãng phí công suất động cơ trong khi
hệ thống lái không cần nguồn trợ lực.
+ Để đảm bảo được áp suất dầu trợ lực thì hệ thống cần yêu cầu về độ kín khít cao
ở trên đường ống, van do đó thường xuyên phải kiểm tra sự rò rỉ dầu trong hệ thống lái.
+ Hệ thống làm việc ồn do tiếng kêu của bơm dầu và dầu chảy qua các đường ống,
van. Ngoài ra, dầu trợ lực lái khi thải ra còn là nguồn chất thải gây ô nhiểm môi trường.
 Hạn chế:
Hệ thống trợ lực thủy lực mới chỉ đáp ứng được công dụng trợ lực cho người lái
điều khiển nhẹ nhàng nên hệ thống còn có những hạn chế sau đây:
+ Hệ thống làm việc theo 2 thông số là mômen và góc quay trục lái do người điều

khiển tác dụng nên chỉ đáp ứng được mặt trợ lực mà chưa đáp ứng được tỉ số truyền lực
thay đổi theo tốc độ của xe.
+ Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực là áp suất và lưu lượng của bơm phụ thuộc vào tốc
độ động cơ. Trong trường hợp xe chuyển động ở tốc độ thấp, quay vòng ngoặt, lúc này
cần trợ lực lớn, tuy nhiên do tốc độ động cơ thấp, áp suất trong hệ thống thuỷ lực nhỏ ảnh
hưởng đến chất lượng trợ lực. Khi xe ô tô chuyển động ở tốc độ cao, lưu lượng và áp suất
của bơm trợ lực lớn, trong khi điều khiển lái ở tình trạng này lại chỉ cần yêu cầu trợ lực
nhỏ.
6
+ Về mặt tỷ số truyền động học bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỷ số
truyền thấp để người lái quay vòng hiệu quả và ở tốc độ cao cần có tỷ số truyền động học
cao vì lúc này mức phản ứng của xe rất nhạy nhưng hệ thống chưa đáp ứng được.
+ Trong khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều
vòng.
+ Khi hệ thống trợ lực bị hỏng, lực điều khiển sẽ nặng hơn hệ thống không có trợ
lực, vì lúc này còn phải thắng lực cản do dầu chuyển động trong hệ thống gây ra.
7
1.3.2. Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện tạo mômen trợ lực nhờ môtơ trợ lực vận hành lái và giảm
lực đánh lái.
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái.
1: ECU điểu khiển 2: Motor trợ lực 3: Cảm biến mômen.
Các bộ phận cơ bản của hệ thống lái trợ lực điện:
+ ECU điều khiển: ECU tiếp nhận các thông số tín hiệu của cảm biến mômen, cảm
biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính toán và điều khiển motor
trợ lực
+ Motor trợ lực: Motor trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít – bánh vít
và được điểu khiển bằng ECU, motor có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác nhau tùy
theo mức độ đánh lái của người lái và mômen cản quay vòng.
+ Cảm biến mômen: Cảm biến mômen được gắn vào phía trong trục lái, dựa vào

hiệu ứng Hall để đưa ra điện áp tùy thuộc vào mômen đánh lái và mômen cản. Điện áp ra
của cảm biến sẽ được gửi vào ECU để điều khiển motor trợ lực.
8
 Nguyên lý hoạt động:
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện
Từ hình 1.7 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là ECU tiếp nhận các
tín hiệu chính gồm tín hiệu đưa vào từ cảm biến mômen của trục lái và tín hiệu của cảm
biến tốc độ của xe, tín hiệu B
+
, chế độ không tải để tính toán điều khiển motor trợ lực phù
hợp với điều kiện lái. Lực đánh lái càng lớn thì motor trợ lực càng nhiều, nhưng mômen
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 mômen 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 toán ra dòng điện
điều khiển và chiều quay của motor trợ lực cho phù hợp.
+ Trạng thái đi thẳng: Trục lái không được tác động do đó không có hiện tượng
xoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến mômen không thay đổi điện áp, vì thế
ECU không điều khiển motor trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên.
 Ưu, nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện:
Ta thấy hệ thống lái trợ lực thủy lực làm việc dựa trên hai thông số mômen và góc
quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: Tốc độ xe, mômen
trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục lái vì vậy có nhứng ưu điểm của
hệ thống trợ lực như sau:
9