thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện

Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ Ô TÔ
o0o
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN
Giáo viên hƣớng dẫn: Võ Xuân Thành
Sinh viên thực hiện : 1. Dƣơng Văn Yên MSSV: 10305086.
2. Nguyễn Tấn Nhật MSSV: 10305050.
Khoa: Cơ Khí Động Lực
Lớp: 103050
Khóa: 2010 - 2012
I. NỘI DUNG.
 Thiết kế, chế tạo ,mạch điều khiển lái trợ lực điện
 Chế tạo mô hình lái trợ lực điện Suzuki
 Phân tích ,hƣớng dẫn sử dụng hệ thống trên mô hình
II. Ngày giao đề tài: 06/09/2011
III. Ngày hoàn thành: 07/01/2011
TP. HCM, Ngày Tháng Năm 2012. TP. HCM, Ngày Tháng Năm 2012
Chủ nhiệm bộ môn. Giáo viên hương dẫn.

Võ Xuân Thành


Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 2

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN.





















Tp. HCM Ngày Tháng Năm 2012.
Giáo viên hướng dẫn.

Võ Xuân Thành

Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 3

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.






















TP. HCM Ngày Tháng Năm 2012.
Giáo viên phản biện.


Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 4

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ôtô đã có những bƣớc phát triển
đáng kể. Đặc biệt, trên ôtô có có sự can thiệp mạnh mẽ của hệ thống điện - điện tử
nhằm đáp ứng các yêu cầu nhƣ: Tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu,
giảm độ độc hại của khí thải, tăng tính năng an toàn và tiện nghi của ô tô. Ngày nay,
chiếc ôtô là một sự kết hợp hoàn hảo giữa cơ khí và điện tử.
Hầu hết các hệ thống điện trên ôtô đều có mặt bộ vi xử lý để điều khiển các quá
trình hoạt động của hệ thống. Các hệ thống mới lần lƣợt ra đời và đƣợc ứng dụng rộng
rãi trên các loại ôtô, từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống
an toàn và tiện nghi trên ôtô nhƣ: hệ thống chống trƣợt lếch khi phanh (ABS), hệ thống
chống trƣợt quay (TRC), hệ thống ổn đinh động học (VSC), hệ thống điều khiển chạy
tự động (CCS)…
Không dừng lại ở chỗ đó, các nhà chế tạo ôtô đã đƣa điện vào hệ thống lái thay thế cho
hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực cổ điện nhằm mục đích: Giảm tiêu hao nhiên liệu, trợ
lực chính xác hơn và làm cho hệ thống lái đơn giản hơn.
Đó là hệ thống lái trợ lực điện hay còn goi là EPS ( electric power system).
Với hi vọng tổng hợp lại các kiến thức đã đƣợc học và muốn đƣợc những hiểu biết,
nắm bắt sâu sắc hơn về hệ thống lái trợ lực điện để bổ sung thêm vốn kiến thức của
chúng em khi bƣớc chân ra trƣờng. nên chúng em quyết định chọn đồ án  THIẾT
KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN.
Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những nỗ lực cao của bản thân nội dung
của bản đồ án đƣợc xây dựng trên cơ sở những tính toán khoa học có tính thuyết phục
cao. Bản đồ án đƣợc trình bày một cách đơn giản hóa, chi tiết nhằm giúp cho ngƣời
đọc dễ hiểu.
Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lƣợng kiến thức
lớn nên bản đồ án không khỏi có những hạn chế nhất định.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Chúng em là những sinh viên khoa cơ khí động lực trƣờng đại học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật Tp HCM, trong suốt thời gian học tập tại trƣờng chúng em đƣợc sự dìu dắc và
hƣớng dẫn tận tình của quí thầy cô tại trƣờng nói chung và khoa cơ khí động lực nói
riêng.
Các thầy cô đã không ngại khó khăn thử thách, đã chung tay vuôn đắp, mài dũa
chúng em trở thành những ngƣời kỹ sƣ, giảng viên, hơn thế nữa là những ngƣời công
dân có ích cho xã hội.
Và đến hôm nay, với đồ án tốt nghiệp này đã đánh dấu một cột mốc lớn trên bƣớc
đƣờng trƣởng thành của chúng em, chúng em sắp bƣớc ra cánh cửa của trƣờng đại học
để bƣớc ra cánh cửa rộng lớn hơn, thử thách hơn. Đó chính là cánh cửa của cuộc đời
,công việc tƣơng lai sắp tới, mọi sự thành công trên con đƣờng sắp tới đều nhờ công
lao dìu dắt của các thầy cô đối với chúng em. Xin gởi tới quí thầy cô sự kính trọng và
lòng biết ơn sâu sắc nhất của chúng em.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn Võ Xuân Thành đã
tận tình hƣớng dẫn, chỉ dạy trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ trong quá trình thực
hiện đề tài, để nhóm chúng em thực hiện hoàn tất đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong và ngoài trƣờng đại học Sƣ Phạm Kỹ
Thuật Tp HCM, đặc biệt là tập thể giảng viên khoa cơ khí động lực đã hƣớng dẫn tận
tình và trực tiếp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi, cho nhóm chúng em hoàn thành đề tài
này. Cảm ơn sự đóng góp ý kiến của các bạn trong và ngoài trƣờng, đặc biệt là các bạn
khoa cơ khí động lực để nhóm chúng tôi hoàn thiện tốt đề tài này .
Xin chân thành cảm ơn…/.
Nhóm sinh viên thực hiện.
Dƣơng Văn Yên.
Nguyễn Tấn Nhật.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 6

MỤC LỤC
Phần A: TỔNG QUAN
1. Đại vấn đề: 12
2. Giới hạn đề tài: 12
3. Mục đích nghiên cứu: 13
4. Nội dung nghiên cứu: 13
5. Đối tƣợng nghiên cứu: 14
6. Phƣơng pháp nghiên cứu . 14
7. Thời gian thực hiện đề tài . 14
Phần B: NỘI DUNG
Chương I:GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI 16
1.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI. 16
1.1.1 Công dụng hệ thống lái. 16
1.1.2 Phân loại hệ thống lái. 16
1.1.3 Yêu cầu của hệ thống lái. 17
1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG,CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI. 17
Hình.1.1 Cách bố trí các bộ phận của hệ thống lái trên xe. 18
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái. 18
Hình.1.2 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản. 19
1.2.2 Vô lăng (vành tay lái). 19
Hình 1.3 Cấu tạo của vô lăng (vành lái). 20
1.2.3 Trục lái. 20
Hình 1.4. Cấu tạo một trục lái 21
Hình 1.5. Kết cấu trục lái. 21
Hình 1.6 Kết cấu của khớp then trên trục trung gian. 22
Hình 1.7 Cấu tạo trục chữ thập. 23
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 7

Hình 1.8 Khớp các đăng trên trục lái. 23
Hình 1.9 Kết cấu thay đổi chức năng của vành tay lái. 23
1.2.4 Cơ cấu lái. 24
Hình 1.10 Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng 25
Hình 1.11 Cơ cấu lái kiểu trục vít – cung răng. 25
Hình 1.12 Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn 26
Hình 1.13 Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn quay. 27
Hình 1.14 Cơ cấu lái kiểu trục vít – ecu – bi 28
1.2.5 Dẫn động lái. 28
Hình 1.15 Một số cách bố trí của đòn dẫn động lái. 29
Hình 1.16 Kết cấu các đồn dẫn động, khớp liên kết dẫn động lái. 30
Bảng1.3.1 Quy luật thay đổi tỷ số truyền i
c
của cơ cấu lái 31
1.3. TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI. 30
1.3.1 Tỷ số truyền. 30
1.3.2 Hiệu suất của hệ thống lái. 32
1.4. CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC. 32
Hình 1.17 Hệ thống lái thủy lực. 33
Hình 1.18 Hệ thống lái điện tử. 33
Hình 1.19 Hệ thống lái trợ lực điện. 34
Chương II: GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 35
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 35
2.2 ƢU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG. 36
2.3 VỊ TRÍ LẮP ĐẶT VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC BỘ PHẬN. 36
2.3.1 Vị trí lắp đặt các bộ phận. 36
Hình 2.1 Vị trí của các bộ phận. 37
2.3.2 Chức năng các bộ phận. 37
Bảng 2.1 Chức năng các bộ phận (trích ô tô Hui). 38
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 8

Bảng 2.2 Chức năng của EPS ( trích ô tô Hui). 39
2.4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. 39
Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống. 39
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện. 40
Hình 2.4.trợ lực kiểu dây đai 41
Hình 2.5 Trợ lực có mô tơ trên trục lái 41
Hình 2.6 Trợ lực có mô tơ trên thƣớc lái 41
Chương III: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN CỦA SUZUKI 42
3.1. CÁCH BỐ TRÍ VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 42
3.1.1 Cách bố trí. 42
Hình 3.1 Hệ thống lái bố trí bên trái. 42
Hình 3.2 Hệ thống bố trí bên phải. 42
Hình 3.3 Động cơ trợ lực D/C bố trí trên trục lái. 43
Hình 3.4 Sơ đồ lắp mạch của hệ thống 43
Hình 3.5 Sơ đồ mạch hệ thống lái trợ lực điện của Suzuki. 44
3.1.2. Nguyên lý hoạt động. 45
3.2. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN. 45
3.2.1 Động cơ điện một chiều. 45
Hình 3.6 Cấu tạo động cơ D/C. 45
3.2.2 Cảm biến mô mem xoắn. 46
Hình 3.7 Cấu tạo các vành răng rotor 46
Hình 3.8 Mặt cắt ngang cảm biến mô men xoắn. 47
Hình 3.9 Khi tay lái ở vị trí trung gian 48
Hình 3.10 So sánh điện áp giữa 2 tín hiệu 48
Hình 3.11 Cảm biến mô men xoắn có sự cố. 49
3.2.3 ECU EPS. 49
3.2.4 Đèn báo EPS. 49
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 9

Hình 3.12 Đèn báo EPS 49
3.3. CÁCH ĐỌC VÀ XÓA MÃ LỖI. 50
3.3.1 Cách đọc mã lỗi. 50
Hình 3.13 Vị trí giắc kết nối máy chẩn đoán. 50
Hình 3.14 Giắc chẩn đoán mã lỗi và đèn báo bằng tay. 51
Hình 3.15 Dạng mã lỗi bình thƣờng. 51
Bảng 3.1 Bảng mã lỗi 52
3.3.2 Xóa mã lỗi. 53
Hình 3.16 Mã lỗi sau khi xóa bằng tay xong. 53
3.4. CHẾ ĐỘ DỰ PHÕNG CỦA HỆ THỐNG. 53
Bảng 3.2 Chế độ dự phòng 54
3.5. CÁC HƢ HỎNG THƢỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC. 54
Bảng 3.3 Các hƣ hỏng và cách khắc phục. 55
Hình 3.17 Hiển thị các chân hệ thống 55
Bảng 3.4 Điện áp bình thƣờng của các bộ phận trong hệ thống 57
Chương IV:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HT LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 58
4.1 MÔ TẢ MÔ HÌNH 58
4.2 PHẦN THIẾT KẾ : 58
Hình 4.1 Hình chiếu bằng của khung 58
Hình 4.2 Hình chiếu cạnh của khung 59
Hình 4.3 Hình chiếu 3D 59
4.3 CHẾ TẠO CƠ CẤU HÃM : 59
Hình 4.4 Cơ cấu trên hệ thống 60
4.4 PHẦN THIẾT KẾ SA BÀN: 60
Hình 4.5 Cơ cấu sa bàn 60
Hình 4.6 Sa bàn thực tế 61
4.5 PHẦN MẠCH ĐIỀU KHIỂN : 61
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 10

4.5.1 Quá Trình Thiết kế mạch 61
Hình 4.7 Pic 18F4431 62
Hình 4.8 Mạch tạo tín hiệu tốc độ xe 64
Hình 4.9 Mạch lặp điện áp tín hiệu 65
Hình 4.10 Mạch hiển thị tín hiệu 66
Hình 4.11 Mạch in hiển thị tín hiệu 66
Hình 4.12 Mạch hiển thị thực tế 67
Hình 4.13 Mạch reset 67
Hình 4.14 Mạch công suất 68
Hình 4.1 Mạch công suất thực tế 69
Hình 4.16 Mạch nguồn 5V 69
Hình 4.17 Cổng nối 70
Hình 4.18 Mạch điều khiển 71
Hình 4.19 Mạch điều khiển thực tế. 72
Lƣu đồ quay: 72
Chương V: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 74
5.1.MÔ HÌNH HOÀN CHỈNH: 74
Hình 5.1. Mô hình hoàn chỉnh 74
5.1.1 Các chân trên mô hình: 75
Hình 5.2 Các chân trên xa bàn 75
Hình 5.3 .Điều chỉnh tốc độ xe 76
5.2 QUI TRÌNH VẬN HÀNH : 76
Hình 5.4 Xe đang ở vị trí đứng yên 76
Hình 5.5 Vô lăng ở trung gian 77
Hình 5.6 Vô lăng quay phải . 77
Hình 5.7 Vô lăng quay trái 77
5.3 NHẬN XÉT MÔ HÌNH: 78
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 11

5.4 CÁC BÀI THỰC HÀNH: 79
Phần C:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I KẾT LUẬN: 85
II KIẾN NGHỊ: 85
III TÀI LIỆU THAN KHẢO 87
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 12

Phần A: TỔNG QUAN

1. Đại vấn đề:
Với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực cơ–điện tử trên thế giới nên nhiều năm
vừa qua nhiều quốc gia đã ứng dụng thành công cơ–điện tử trong nhiều ngành. Trong
đó, việc các nhà sản xuất ô tô đã ứng dụng điện trên hệ thống lái giúp quá trình điều
khiển chính xác, giảm bớt sự mệt nhọc của tài xế khi điều khiển xe, giảm xuất tiêu hao
nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trƣờng, mà các hệ thống trợ lực lái khác không làm đƣợc.
Ở nƣớc ta do còn nhiều hạn chế nhƣ đƣờng xá, khoa học kỹ thuật, chính sách của
nhà nƣớc…Nên ngành ô tô vẫn chƣa đƣợc phát triển nhiều. Do đó, ô tô sử dụng hệ
thống lái trợ lực điên vẫn là một vấn đề mới ở nƣớc ta mặc dù hệ thống này đƣợc hãng
Suzuki ứng dụng năm 1988.
Đồng thời, với tình hình hiện tại và tƣơng lai, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật
Tp.HCM là trƣờng tiên phong trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho đất nƣớc trên lĩnh
vực ôtô. Với nhiệm vụ cao cả ấy trƣờng luôn định hƣớng và cải thiện chƣơng trình đào
tạo, cụ thể nhƣ trƣờng luôn áp dụng các mô hình hiện đại vào chƣơng trình học, để
sinh viên luôn tiếp cận và trực tiếp tiếp xúc với công nghệ mới.
Cũng chính vì vậy nhóm chúng em đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy Võ Xuân Thành đã
chọn nghiên cứu đề tài.Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trên xe
Suzuki-WagonR+

2. Giới hạn đề tài:
Một hệ thống hoạt động ngoài thực tế thì đòi hỏi sự tổng hợp của rất nhiều tín hiệu
đầu vào và sự kết hợp tín hiệu từ các hệ thống khác để đảm bảo độ chính xác và tính an
toàn cao nhất. Hệ thống EPS cũng vậy, nó muốn hoạt một cách chính xác và an toàn thì
đòi hỏi phải có sự tổng hợp của nhiều thông tin đầu vào từ các cảm biến nhƣ: Cảm biến
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 13

tốc độ xe, cảm biến mô men xoắn, Để bộ điều khiển của hệ thống có sự tính toán, so
sánh và đƣa ra thông tin điều khiển một cách chính xác.
Một mô hình mô phỏng hệ thống EPS muốn làm đầy đủ các điều đó thì đòi hỏi rất
nhiều điều kiện nhƣ: Có thời gian, có hiểu biết sâu về lập trình, có kinh nghiệm thực tế,
có kinh phí… Do trình độ và thời gian có hạn nhóm chúng em tập trung vào nghiên
cứu, phân tích và chế tạo mạch điện điều khiển, thiết lập mô hình hoạt động Suzuki-
Wagon R+ dựa trên nền tảng thực tế.
Đây là những điều mà đồ án thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện của
chúng em đã làm đƣợc:
- Thiết kế mạch vi điều điều khiển dùng PIC 18F4431.
- Giả cảm biến tốc độ xe.
- Tạo tín hiệu mô men.
- Dùng LED 7 đoạn thể hiện tín hiệu tốc độ xe bằng tần số.
- Dùng LED 7 đoạn thể hiện mo men xoắn bằng tần số.
- Dùng LED thể hiện hƣớng quay bên trái và bên phải.
- Dùng mạch công suất điều khiển động cơ D/C
3. Mục đích nghiên cứu:
Làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên,
Mặt khác, chúng em biên soạn cuốn hƣớng dẫn kèm theo mô hình hệ thống, với nội
dung chi tiết khá đầy đủ về hệ thống lái trợ lực bằng điện nói chung và hệ thống lái trợ
lực điện trên xe Suzuki wagon-R+ nói riêng.
Đồng thời trình bày chi tiết về cách thiết kế khung, mạch điện, và lập trình hoạt

động trên mô hình, nhằm mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống, nhận dạng các chi
tiết và cách kiểm tra, có cách nhìn tổng quan hơn về hệ thống.
Góp phần hiện đại hóa phƣơng tiện và phƣơng pháp dạy thực hành trong Giáo Dục và
Đào Tạo, từng bƣớc nâng cao trình độ của sinh viên trƣớc khi ra trƣờng.
4. Nội dung nghiên cứu:
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 14

 Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái thông thƣờng.
 Giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện.
 Thiết kế mạch điều khiển và viết chƣơng trình điều khiển.
 Đi vào làm mô hình.
 Hƣớng dẫn một số bài thực hành.
5. Đối tƣợng nghiên cứu:
 Trọng tâm là mô hình hệ thống lái trợ lực điện.
 Hệ thống điều khiển và chƣơng trình điều khiển.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Kết hợp nhiều phƣơng pháp, trong đó có các phƣơng pháp chính nhƣ:
- Nghiên cứu lý thuyết hệ thống lái trợ lực điện của các hãng.
- Nghiên cứu nguyên lý và sơ đồ mạch điện Suzuki Wagon R+.
- Tham khảo tài liệu thiết kế mạch của Khoa Cơ khí Động lực.
- Tham khảo tài liệu mô hình giảng dạy hiện có tại Khoa Cơ khí Động lực.
- Chọn lọc thông tin, học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè.
- Quan sát, thực nghiệm các mô hình, đúc kết mô hình nghiên cứu.
7. Thời gian thực hiện đề tài.
Đề tài đƣợc thực hiện trong vòng 7 tuần, các công việc đƣợc bố trí nhƣ sau:
 Giai đoạn 1.
 Thu tập tài liệu.
 Xác định nhiệm vụ, đối tƣợng nghiên cứu.
 Xác định và phân tích mục tiêu nghiên cứu.

 Thiết kế, chế tạo mạch điện điều khiển.
 Thiết kế mô hình.
 Thi công, chế tạo mô hình.
 Giai đoạn 2.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 15

 Viết thiết minh.
 Hoàn thiện đề tài.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 16

Phần B: NỘI DUNG

Chương I: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI.
1.1.1 Công dụng hệ thống lái.
Hệ thống lái của xe có chức năng điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe. Việc
điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe có thể là duy trì phƣơng chuyển động hoặc
thay đổi phƣơng chuyển động hiện tại của xe. Hai quá trình này đƣợc gọi chung là
quay vòng xe. Có ba trạng thái quay vòng cơ bản: quay vòng đủ, quay vòng thừa và
quay vòng thiếu.
1.1.2 Phân loại hệ thống lái.
Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái đƣợc chia thành các loại sau:
 Theo cách bố trí vô lăng.
 Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ôtô) đƣợc
dùng trên ôtô của các nƣớc có luật đi đƣờng bên phải nhƣ ở Việt nam và một số
các nƣớc khác.
 Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ôtô) đƣợc

dùng trên ôtô của các nƣớc có luật đi đƣờng bên trái nhƣ ở Anh, Nhật, Thuỵ
Điển…
 Theo số lƣợng cầu dẫn hƣớng.
 Hệ thống lái với các bánh dẫn hƣớng ở cầu trƣớc.
 Hệ thống lái với các bánh dẫn hƣớng ở cầu sau.
 Hệ thống lái với các bánh dẫn hƣớng ở tất cả các cầu.
 Theo kết cấu của cơ cấu lái.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 17

 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 đặc tính truyền lực.
 Hệ thống lái cơ khí.
 Hệ thống lái có trợ lực.
1.1.3 Yêu cầu của hệ thống lái.
Hệ thống lái phải bảo đảm các yêu cầu sau:
 Quay vòng ôtô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
 Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện.
 Động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trƣợt khi quay vòng.
 Tránh đƣợc các va đập từ bánh dẫn hƣớng truyền lên vô lăng.
 Giảm thiểu thƣơng vong cho tài xế khi tai nạn chính diện.
 Giữ đƣợc chuyển động thẳng ổn định và có khả năng hồi vị tốt.

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG,CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI.
Hệ thống lái của các loại ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú về nguyên lý

hoạt động cũng nhƣ về kết cấu, tuy nhiên về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính sau
đây:
 Vô lăng (vành lái).
 Trục lái.
 Cơ cấu lái (hộp số lái).
 Dẫn động lái.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 18



Hình.1.1 Cách bố trí các bộ phận của hệ thống lái trên xe.

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái.
Khi vô lăng tiếp nhận lực tác động của tài xế, khi đó vô lăng sẽ truyền tới trục lái
mô men và chiều mà tài xế tác động và trục lái truyền tới cơ cấu lái, các thanh dẫn
động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hƣớng kết quả là di
chuyển theo hƣớng mà tài xế điều khiển. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của
xe và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng đƣợc thì ngƣời lái cần phải tác động vào vô lăng một lực. Đồng thời
cần có một phản lực sinh ra từ mặt đƣờng lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay
vòng đúng thì các bánh xe dẫn hƣớng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay
vòng.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 19


Hình.1.2 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản.
1 -Vô lăng (vành tay lái). 4 - Khung xe.
2 - Trục lái. 5 - Các cơ cấu dẫn động lái.

3 - Hộp số lái.
1.2.2 Vô lăng (vành tay lái).
Vô lăng (vành tay lái) là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận mô men
quay của ngƣời lái và truyền cho trục lái.
Ngoài chức năng chính nhƣ trên, vô lăng còn là nơi bố trí một số bộ phận bắt buộc
nhƣ: Công tắc còi, công tắc đèn, và túi khí để bảo vệ ngƣời lái khi xảy ra sự cố nhƣ tai
nạn…vv
Mặc dù trên hầu hết các hệ thống lái ngày nay đều đƣợc trang bị bộ trợ lực lái nhƣng
vô lăng cũng cần phải đủ vững chắc để có thể truyền đƣợc mô men yêu cầu lớn nhất kể
cả khi bộ trợ lực bị hƣ hỏng.
Ngoài ra vành lái cũng cần phải đảm bảo tính thẩm mỹ.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 20




Hình 1.3. Cấu tạo của vô lăng (vành lái).
1 - Xƣờng bằng thép. 2- Vỏ bọc bằng cao su.
1.2.3 Trục lái.
 Chức năng.
Trục lái là nhân tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái
từ vô lăng đến cơ cấu lái. Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao
che trục lái.
Trục lái của những ôtô hiện đại có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ
nghiêng của vô lăng hoặc cho phép trục lái chùn ngắn lại khi ngƣời lái va đập trong
trƣờng hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với ngƣời lái.
Ngoài ra trục lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô nhƣ: Cần điều khiển
hệ thống đèn,cần điều khiển gạt nƣớc, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các
đầu nối điện,…

 Cấu tạo:
Trục lái là bộ phận đặt bên trong vỏ, trục lái có chức năng truyền chuyển động quay
của vành tay lái đến cơ cấu lái. Đầu trên của trục lái thƣờng có ren và then hoa để liên
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 21

kết và cố định vô lăng lái trên trục lái, đầu dƣới của trục lái liên kết với trục đầu vào
của cơ cấu lái.
Trục lái có thể chỉ gồm một đoạn trục hoặc gồm nhiều đoạn trục liên kết với nhau
và trục lái liên kết với trục đầu vào của cơ cấu lái bằng khớp nối kiểu cardan, khớp nối
mềm, đôi khi bằng khớp nối kiểu chốt.

Hình 1.4. Cấu tạo một trục lái
1 - Vành lái. 2 - Cụm công tắc gạt mƣa.
3 - Cụm khóa điện. 4 - Vỏ trục lái.
5 - Khớp các đăng. 6 - Trục các đăng.
7 - Khớp cao su.
 Kết cấu của một số kiểu trục lái.


Hình 1.5 Kết cấu trục lái.
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 22

1 - Khớp các đăng. 3-Trụcláichính.
2 - Trục trung gian có khớp nối dài. 4-Vỏtrụclái.
5 -Vỏ cao su chắn bụi.
Trên trục trung gian có lắp khớp then để giảm thiểu những rung động dọc trục
truyền lên vô lăng. Trên các loại xe có hệ thống treo phụ thuộc cơ cấu lái đƣợc lắp cố
định trên trên dầm cầu, khi xe chuyển động trên đƣờng không bằng phẳng dầm cầu sẽ

rung động làm cho khoảng cách từ cơ cấu lái tới vô lăng bị thay đổi, khớp then sẽ khắc
phục đƣợc những thay đổi này đảm bảo cho quá trình truyền mô men từ vô lăng xuống
cơ cấu lái một cách liên tục.

Hình 1.6 Kết cấu của khớp then trên trục trung gian.
1 - Nạng chủ động. 3 Then
2 - Then trong. 4 - Nạng bị động.
Trong truyền động lái sử dụng loại các đăng kép bao gồm hai các đăng đơn nhƣ
trên hình (H 1.4). Các đăng đơn có cấu tạo khá đơn giản bao gồm hai nạng liên kết với
nhau bằng một trục chữ thập, sử dụng bạc lót hay ổ bi kim bôi trơn bằng mỡ, nhờ trục
các đăng có thể thiết kế trục lái có hình dàng phù hợp với không gian và các bộ phận
xung quanh.
Ngoài khớp các đăng trục lái của một số loại xe ngày nay có sử dụng loại khớp
mềm. Khớp nối mềm đƣợc làm bằng vật liệu cao xu nhờ đó đƣờng tâm của trục lái và
Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 23

trục đầu vào cơ cấu lái có lệch nhau một góc nhất định. Cao su trong khớp chữ thập có
chức năng hấp thụ một phần rung động và giữ cho vô lăng ít bị rung.

Hình 1.7 Cấu tạo trục chữ thập.



Hình 1.8 Khớp các đăng trên trục lái.
1 - Trục chủ động. 2 - Trục chữ thập. 3 - Bạc lót 4 - Trục bị động.



Hình 1.9 Kết cấu thay đổi chức năng của vành tay lái.

Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 24

A. Tay lái nghiêng. B. Tay lái trƣợt.
C.Cơ cấu hấp thụ chấn động.
1.2.4 Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ phận giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của ngƣời lái đến
các bánh xe dẫn hƣớng.
 Cơ cấu lái cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
 Có thể quay đƣợc cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
 Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất
nghịch để các va đập từ mặt đƣờng đƣợc giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái.
 Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.
 Điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái dễ dàng.
 Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
 Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
 Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.
 Chức năng:
Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của thƣớc lái.
Tăng lực tác động của ngƣời lái lên vô lăng lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ nhàng
hơn. Cơ cấu lái hoạt động tƣơng tự nhƣ một hộp số với hai bộ phận cơ bản đƣợc gọi
quy ƣớc là trục quay của hộp số lái và trục lắc của hộp số lái. Trục quay là đầu vào của
hộp số lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dƣới của trục lái và thực hiện chuyển động quay
theo chuyển động của trục lái.Trục lắc là đầu ra của hộp số lái nó liên kết với đòn lắc
chuyển hƣớng của dẫn động lái.
 Các kiểu cơ cấu lái.
Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp truyền động trục
Quay - trục lắc có thể phân biệt các kiểu cơ cấu lái sau:
 Kiểu bánh răng-thanh răng.

Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 25


Hình 1.10 Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng –thanh răng có trục quay (đầu vào) đƣợc chế tạo giống
một bánh răng trên đoạn trục liên kết trục lắc (đầu ra). Trục lắc là một thanh răng
thẳng. Hai đầu của thanh răng liên kết với hai thanh nối bên của dẫn động lái thông qua
các khớp cầu .Các răng trên bánh răng và thanh răng liên kết với nhau. Khi bánh răng
quay, thanh răng sẽ chuyển động tĩnh tiến trên mặt phẳng ngang sang trái hoặc phải tuỳ
theo chiều quay của vành tay lái. Trong dẫn động lái với hộp số lái kiểu bánh răng –
thanh răng không có đòn lắc chuyển hƣớng mà thanh răng trực tiếp truyền chuyển
động ngang cho các thanh nối.
 Kiểu trục vít – cung răng.

Hình 1.11 Cơ cấu lái kiểu trục vít – cung răng.
1-Trục vít. 2-Cung răng. 3- Trục lắc.
 Kiểu trục vít – con lăn.