Đồ án thiết kế hệ thống lái trợ lực điện cho xe Kia morning (Link Cad: http://bit.ly/hethonglaitroluc)

Lời nói đầu
Trên nền tảng của đất nớc đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế
đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất n-
ớc và sự hội nhập của các nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nớc ta ngày
càng đợc chú trọng và phát triển. Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ôtô
giữa nớc ta với nớc ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các
tỉnh của cả nớc nh: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO, KIA, Một
vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên
tiến của các nớc có nền công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất
cũng nh sử dụng bảo dỡng trên xe Ôtô.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thống
lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hớng chuyển động của Ôtô, nó
đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng nh quay vòng của
bánh xe dẫn hớng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hởng
rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ôtô, đặc
biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó ngời ta không ngừng cải tiên hệ thống
lái để nâng cao tính năng của nó.
Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ
thuật hiện đại. Em đã đợc giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống lái trợ lực
điện xe kia-morning .
Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính
năng an toàn chuyển động và giúp cho ngời lái giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏi
phải có thời gian dài nghiên cứu và thực nghiệm. Mặc dù đã có nhiều cố
gắng nhng với khả năng và thời gian hạn chế nên bản đồ án của em còn
nhiều khiếm khuyết. Em mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ án đ-
ợc hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hớng dẫn : Phạm Hữu Nam đã
tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành đợc bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơ khí tr-
ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng các bạn đã giúp đỡ em trong quá

trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Sinh viên.
Trần Văn Quyết
1


CHƯƠNG 1
đặc điểm hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô
1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống lái.
1.1 Nhiệm vụ :Hệ thống lái có nhiệm vụ điều khiển hớng chuyển động của
ô tô bằng cách quay bánh xe dẫn hớng thông qua tác động quay vành lái của
ngời điều khiển. Ngoài ra hệ thống lái còn có nhiệm vụ giữ cho xe chuyển
động thẳng ổn định nhờ khả năng tự trả lái.
Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái.
2

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái
1 - Vành tay lái. 5- Thanh kéo dọc.
2 - Trục lái. 6- Đòn quay đứng.
3 - Cơ cấu lái. 7- Hình thang lái.
4 - Đòn quay đứng.
Hệ thống lái gồm : cơ cấu lái và hệ dẫn động lái.
+ Cơ cấu lái: bộ phận số 3 trên hình 1.1. Thực chất là bộ giảm tốc để đảm
bảo tăng mô men điều khiển hớng chuyển động của ngời lái đến bánh xe
dẫn hớng và có nhiêm vụ truyền và thay đổi hớng của lực của trục lái
+ Hệ dẫn động lái: gồm vành lái,các đòn dẫn động cơ cấu lái và các đòn
dẫn động từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng, hình thang lái: gồm các chi
tiết (1,2,4,5,6,7) trên hình 1.1. Có nhiệm vụ truyền lực từ vành lái và từ cơ
cấu lái đến bánh xe dẫn hớng.
1.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái:

+ Đảm bảo động lực học chuyển động và quay vòng của xe : Đảm bảo ổn
định bánh xe dẫn hớng, các bánh xe dẫn hớng sau khi thực hiện quay vòng
cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng
3
+ Lực điều khiển mhẹ nhàng và phải tỉ lệ với mô men cản mặt đờng: mô
men cản lớn thì lực điều khiển phải lớn và ngợc lại.
+ Hiệu suất thuận.
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống.
Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu
phải hiệu suất thuận cao, thờng chọn

= 0,65.
+ Hiệu suất nghịch.
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên
trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ
thống chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái đợc vì chúng bị
triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Đây là một tính chất rất quí của cơ cấu
lái. Nhng không thể đa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái
xẽ không tự trả lại đợc về vị trí ban đầu dới tác dụng của mômen ổn định.
Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban
đầu và để hạn chế các va đập từ đờng tác dụng lên hệ thống lái trong
một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch
nhất định, thờng lấy

= 0,5.
+ Đảm bảo sự bố trí của hệ thống: cách bố trí không đợc quá phức tạp, cồng
kềnh, và giá thành của hệ thống không quá cao, làm việc ổn định, độ tin cậy
và tuổi thọ làm việc cao.
2. Các hệ thống lái có trợ lực .
Để giảm cờng độ hoạt động của ngời lái thì hệ thống lái cần có trợ lực

Hình 1.2 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực.
4
Bánh xe
Hệ thống
lái
Ngời điều
khiển
Trợ lực
lái

Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái có trợ lực
Hệ thống lái trợ lực (trên xe du lịch) có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực
thuỷ lực, trợ lực điện.
2.1 Hệ thống lái trợ lực bằng thuỷ lực
Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm trợ lực(bơm cánh gạt), van điều khiển, xy
lanh lực.
Van điều khiển gồm 3 loại: kiểu van cánh, kiểu van ống, kiểu van quay.
Hình 1.3 là sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thuỷ lực.
Hình 1.3
2.1.1 Ngyên lý làm việc.
Hình 1.4 là sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống lái trợ lực dầu.
5
Van điều khiển
Hình 1.4 - Sơ đồ nguyên lý
Khi ta xoay vành lái tác động làm van điều khiển xoay, van đã phân phối
dầu đến xy lanh lực nhờ áp suất dầu do bơm trợ lc mà xy lanh đã trợ lc cho
ngời lái.
+ Trạng thái quay vòng trái: khi ta xoay vành lái sang trái van điều khiển
cấp dầu đến khoang trái của xy lanh áp suất dầu trợ lực đẩy thanh răng sang
phải, dầu khoang phải đợc hồi về bình chứa. Với góc quay của vành lái càng

lớn van phân phối dầu đến xy lanh càng nhiều dẫn đến trợ lực càng nhiều do
áp suất dầu tăng.
+ Với trạng thái quay vòng phải sẽ ngơc lại với quay vòng trái dầu đợc van
phân phối cấp tới khoang bên phải của xy lanh và thanh răng đợc đẩy sang
trái.
+ Trạng thái đi thẳng: van phân phối ở vị trí trung gian lúc này áp suất dầu ở
hai khoang xy lanh là nh nhau vì vậy lực tác dụng lên thanh răng bị triệt
tiêu.
Nh vậy hệ thống làm việc dựa vào 1 thông số mô men trục lái vì vậy ta có
các u nhợc điểm của hệ thống là nh sau:
2.1.2 Ưu nhợc điểm của hệ thống
+Ưu điểm:
- Giúp ngời lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so vơí hệ thống lái không có trợ
lực vì có thêm trợ lực tác động của xy lanh lực lên thanh răng do áp suất dầu
của bơm trợ lc gây ra.
- Là cơ cấu an toàn khi xe bị nổ lốp hoặc xì hơi.
6
Van điều khiển
- Kết cấu đơn giản so với hệ thống trợ lực khác: trợ lc khí nén và trợ lực
điện.
- Làm việc tin cậy có độ bền cao, chịu đợc va đập nhẹ.
+ Nhợc điểm:
- áp suất dầu đợc tạo ra từ bơm dầu mà bơm dầu lại đơc dẫn động từ trục
khuỷu của động cơ và bơm dầu luôn luôn hoạt động trong suôt quá trình xe
chạy vì vậy làm tốn công suất của động cơ thòng xuyên.
- Hệ thống cần độ kín khít cao, nên thờng xuyên phải kiểm tra sự dò dỉ dầu
của hệ thống.
- Kết cấu đơn giản nhng hệ thống cồng kềnh dẫn đến tăng khối lợng của hệ
thống.
- Làm việc ồn do tiếng kêu của bơm dầu và dầu chảy qua các đờng ống và

van và dầu là chất thải ô nhiễm gây ô nhiễm môi trờng.
2.1.3 Hạn chế.
Mới chỉ đáp ứng đợc công dụngtrợ lực cho ngời lái giúp ngời lái điều khiển
nhẹ nhàng nên hệ thống trợ lực dầu còn nhiều hạn chế sau đây:
+ Hệ thống làm việc theo 2 thông số là mô men và góc quay trục lái do ngời
điều khiển tác dụng nên chỉ đáp ứng đợc mặt trợ lực mà cha đáp ứng đợc tỉ
số truyền lực thay đổi theo tốc độ của xe.
+ Về mặt tỉ số truyền góc bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỉ số
truyền thấp để ngời lái quay vòng hiệu quả: ngời điều khiển phải quay vành
lái ít và ở tốc độ cao cần có tỉ số truyền cao vì lúc này mức phản ứng của
xe rất nhạy nhng hê thống cha đáp ứng đợc.
+ Khi quay vòng ngoặt ngời điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều
vòng.
+ Khi hệ thống trợ lực hỏng lực điều khiển nặng hơn hệ thống không có trợ
lực.
3. Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện
3.1 Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện:
Hình 1.5 là Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện
Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men ,
mô tơ điên 1 chiều, ECU, cảm biến tốc độ ô tô, và các dây điện
+ Cảm biến mô men có nhiệm vụ xác định mô men trên trục lái do ngời lái
tác dụng thông qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu nàyđến ECU.
7
Hình 1.5 - Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện
+ Motor điện 1 chiều:
Hình 1.6 thể hiện Motor và bộ truyền trục vít - bánh ví
Hình 1.6 - Motor và bộ truyền trục vít bánh ví
Trên hình 1.6 ta có motor điện đợc dẫn động từ ECU. Motor truyền mô men
qua khớp nối sang trục vít sang bánh vít bắt trên trục lái.
+ ECU là bộ phận điều khiển. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và

cảm biến tốc độ xe từ đó tính toán mô men cần trơ lực từ đó điều khiển
motor điện.
+ Cảm biến tốc độ xe có nhiệm vụ đa tín hiệu tốc độ của ô tô tới ECU
3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện.
8
Cảm biến
vận tốc xe
Hình 1.7 là sơ đồ tín hiệu vào ra của hệ thống.
Hình 1.7 sơ đồ tín hiệu vào ra.
Theo hình 1.5 và hình 1.7 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là
ECU tiếp nhận 2 tín hiệu chính: tín hiệu đa vào từ cảm biến mô men của
trục lái và tín hiệu của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó ECU tính
toán dẫn động motor điện trợ lc mô men thích hợp với lực đánh lái. Lực
đánh lái càng nhiều thì motor điện càng phải trợ lực nhiều hơn, nhng mô
men trợ lực của motor sẽ đợc điều khiển giảm dần khi vận tốc xe tăng dần.
+ Trạng thái quay vòng : khi ngời điều khiển quay vành lái tác động lên
cảm biến mô men, cảm biến mô men truyền tín hiệu cảm biến đợc tới ECU
kết hợp với tín hiệu từ cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính toán dẫn động
mô tơ điện trợ lực mô men thích hợp và nhờ cảm biến mô men mà ECU xác
định đợc chiều quay của trục lái từ đó điều khiển chiều quay của motor
điện cho thích hợp
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không quay nên cảm biến mô men không phát
hiện có mô men trên trục lái tín hiệu đa vào ECU của cảm biến mô men là
không có nên ECU cha điều khiển mô tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái đi
thẳng đợc giữ nguyên mà không có sự trợ lực
3.3 so sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện
tử và hệ thống lái trợ lực dầu:
Ta thấy hệ thống lái trợ lực dầu làm việc dựa trên 2 thông số là mô men và
góc quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số:
9

tốc độ xe, mô men trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục
lái vì vậy ta có những u điểm của hệ thống trợ lực điện nh sau:
+ Ưu điểm
- Tạo ra đợc tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe:xe ở tốc
độ thấp tỉ số truyền nhỏ, và ngợc lại xe ở tốc đọ cao tỉ số truyền lớn. Là mô
men trợ lực của động cơ điện đợc điều khiển thay đổi theo tốc độ của ô tô vì
vậy u điểm lớn nhất của hệ thống lái trợ lực điện là mô men trợ lực của động
cơ điện thay đổi phù hợp theo tốc độ của xe
- so với trợ lực dầu thì xe có hệ thống lái trợ lực điện tiết kiệm đợc nhiên
liệu hơn vì ở hệ thống lái trợ lực dầu động cơ luôn dẫn dộng bơm trơ lực
dầu cả khi ngời lái không quay vô lăng ngơc lại hệ thống trợ lực điện thì
động cơ điện chỉ làm việc khi ngời lái quay vành lái nên không tiêu tốn
công suất cảu động cơ thờng xuyên
- so với trợ lực dầu thì trợ lực điện làm việc êm hơn vì không có tiếng kêu
của bơm trơ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn nhng lại gọn hơn vì vậy mà
trọng lợng của hệ thống đợc giảm hơn so với trợ lực dầu
- khi trơ lực bị hỏng thì lực điều khiển của ngời lái chỉ nặng nh xe không
có trợ lực chứ không nặng nh trờng hợp hỏng trợ lực dầu
+ Nhợc điểm:
- kết cấu và chế tạo phức tạp
- chịu va đập kém
- giá thành cao
4. Phơng án lựa chọn thiết kế
Qua phân tích đặc điểm các hệ thống lái trợ lực, với những u điểm của hệ
thống lái trợ lực điện đã trình bày ở trên, em chọn phơng án lựa chọn thiết kế
là: hệ thống lái trợ lực điện EPS. Vậy ta cần phải lựa chọn và thiết kế các
cụm chính sau: Lựa chọn thiết kế cơ cấu lái, lựa chọn dẫn động lái, lựa chọn
thiết kế trợ lực lái.
4.1 Phơng án lựa chọn thiết kế cơ cấu lái
+ phơng án 1 : Cơ cấu lái trục vít con lăn( xem hình 1.8)

Loại cơ cấu lái này hiện nay đợc sử dụng rộng . Trên phần lớn các ôtô
Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này.
Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên
10
A
A
A-A
B
Nhìn theo B
11
21
31
các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lợng ren của loại cơ cấu lái
trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

Hình 1.8 cơ cấu lái trục vít con lăn
1 -Trục vít; 2 -Con lăn.
Ưu điểm:
- nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhng
sự tiếp xúc các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là
giảm đợc áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc đợc phân tán tùy theo cỡ ôtô mà
làm con lăn có hai đến bốn vòng ren.
- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay đợc ma sát trợt bằng ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đờng trục của
con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn = 5 ữ 7mm, điều này
cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá
trình sử dụng.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác
định theo công thức:

2
1
2
c
r
i
tz

=
Trong đó:
r
2
- bán kính vòng tròn ban đầu của hình glô-bô-it của trục vít.
t - bớc của trục vít.
11
`
1
2
z
1
- số đờng ren của truc vít.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái i
c
sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng
5 ữ 7% nhng sự tăng này không đáng kể coi nh tỷ số truyền của loại trục vít
con lăn là không thay đổi. Hiệu suất thuận
th
= 0.65, hiệu suất nghịch,
ng
= 0.5.

+ Phơng án 2: Cơ cấu lái trục vít chốt quay( xem hình 1.9)
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
- Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.



Hình 1.9 - Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu
cầu cho trớc. Tùy theo điều kiện cho trớc khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta
có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc
giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay
ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát
sinh ma sát trợt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục
vít và chốt quay thì chốt đợc đặt trong ổ bi.
Nếu bớc của trục vít không đổi thì tỷ số truyền đợc xác định theo công
thức:
0
2
c
r
i Cos
t

=
12
10
9
8

3
2
1 7
6
5
4
Trong đó:
- góc quay của đòn quay đứng.
r
2
- bán kính đòn quay.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7.
Cơ cấu lái này đợc dùng trớc hết ở hệ thống lái không có cờng hoá nó đợc
dùng chủ yếu cho ôtô tải và ôtô khách.
Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít đợc sử
dụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân
chốt có độ chịu mài mòn kém.
Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục
quay đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục
lái.
+ Phơng án 3: Kiểu bi trục vít êcu bi cung răng. ( xem hình 1.10)
Cấu tạo :
Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít đợc đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít
và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền
lực. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đờng hồi bi quay trở lại vị trí ban
đầu.
Khi truc vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động
này làm quay răng rẻ quạt .Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay
đứng. Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn
dẫn động làm quay bánh xe dẫn hớng.

13
.
Hình 1.10 - Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
1. vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2.Bi dới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ôc hãp
4.Êcu bi 9.Bánh răng rẻ quạt
5.ổ bi trên 10.Bi
Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi cung răng có những u điểm sau: Do lực
cản nhỏ, do ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ (do có ma sát lăn).
+ Tỷ số truyền :
Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng
cách thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của
cơ cấu lái thì làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái. Trên các xe có trợ lực
lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi đợc.
Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính
ăn khớp của các răng rẻ quạt C
1
,C
2
,C
3
là bằng nhau và các bán kính ăn khớp
D
1
,D
2
,D
3
của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau. Do vậy tỷ số truyền của

mỗi răng là không đổi ở bất kỳ góc quay nào của trục răng rẻ quạt và bằng
tỷ số sau :
C
D
c=c=c
d=d=d
C
C
D
D
Hình 1.11 - Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi cung răng(tỷ số truyền
không đổi)
+Phơng án 4: Kiểu bánh răng - thanh răng.( xem hình 1.12).
Cơ cấu lái kiểu bánh răng -thanh răng gồm bánh răng ở phía dới trục lái
chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng đợc lắp trên các ổ bi. Thanh
răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía
giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, bánh răng quay
14
11
10
9
8
7 6
5
4
3
12
2
1
làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc

trợt.Sự dịch chuyển của thanh răng đợc truyền tới đòn bên qua các đầu
thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hớng quanh trụ xuay đứng.

Hình 1.12 - Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
1.Trục lái. 7.Đai ốc .
2.Chụp nhựa. 8.Đai ốc điều chỉnh .
3.Đai ốc điều chỉnh. 9.Lò xo.
4. ổ bi trên. 10.Thanh răng.
5.Vỏ cơ cấu lái. 11.trục răng.
6. Dẫn hớng thanh răng . 12. ổ bi dới.
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng
nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngợc chiều với chiều nghiêng của thanh
răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp
với việc bố trí vành lái trên xe.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các u điểm sau:
- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác
dụng nh thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang nh các cơ
cấu lái khác.
+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.Sức cản trợt, cản lăn
nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.
+ cơ cấu lái đợc bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dỡng
15
Lựa chọn phơng án:
Với 4 phơng án trên em lựa chọn phong án 4 làm phơng án thiết kế vì hệ
thống đã có trợ lực ta chỉ cần cơ cấu lái đơn giản không cần có tỉ số truyền
phải lớn và thay đổi, và lúc đó thanh răng đợc lấy luôn là 1 khâu của hình
thang lái.
4.2 Phơng án lựa chọn dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng
quay của tất cả các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng.

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó đợc tạo bởi cầu tr-
ớc, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để
đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía
ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái
18 khâu. Hiện nay ngời ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ
động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái.
+ Dẫn động lái bốn khâu. (Hình thang lái Đantô):
Hình 1.14 là Dẫn động lái 4 khâu.
Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo đợc động học và động
lực học quay vòng các bánh xe. Nhng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ
thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hớng). Do đó chỉ đợc áp dụng
cho các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch
ngày nay có hệ thống treo độc lập thì không dùng đợc.
V
Hình 1.13 - Dẫn động lái 4 khâu.
+ Dẫn động lái sáu khâu:
Dẫn động lái sáu khâu đợc lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ
thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hớng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu
khâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm đợc không gian làm việc, bố trí cờng hoá
lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái, Hiện nay dẫn động lái sáu khâu đợc
16
dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch nh : Toyota, Nisan,
Mercedes,kia .
Với đề tài thiết kế hệ thống lái cho kia morning, hệ thống treo độc lập
do đó ta chọn dẫn động lái sáu khâu. Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu
là có thêm thanh nối nên ngăn ngừa đợc ảnh hởng sự dịch chuyển của bánh
xe dẫn hớng này lên bánh xe dẫn hớng khác.
Hình1.
14 - Dẫn động lái sáu khâu.

4.3 Phơng án lựa chọn thiết kế trợ lực điện.
Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phơng án bố trí sau:
+ phơng án 1: motor trợ lực cho bánh răng chủ động(pinion-type).
Hình1.15 là Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type.

17
Hình1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủ
động của cơ cấu lái, nên mô men của motor không cần phải lớn và tốn
không gian bố trí bên dới.
+ phơng án 2: motor trợ lực vào thanh răng(rack-type).
Hình 1.16 là Sơ đồnguyên lý trợ lực kiểu rack-type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ
thống.
- Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dới.
18
`
H×nh 1.16 - S¬ ®å nguyªn lý trî lùc kiÓu rack-type
19
+ phơng án 3: motor trợ lực cho trục lái(column -type )-xem hình 1.17)
Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu column -type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ
thống.
- Motor trợ lực, cảm biến mô men, và ECU đợc gắn vào trục lái.
- Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không
gian bên dới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng
thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dỡng sửa chữa motor và phần điều
khiển ECU.
- vì motor trợ lực đặt trớc cơ cấu lái nên mô men lớn nhất của motor không
cần phải lớn .

+ phơng án 4: hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện
20
Hình 1.18 là Sơ đồnguyên lý hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện
- nguyên lý hoạt động: lu lợng dầu từ bơm đến van phân phối đợc điều
chỉnh bằng van điện từ: ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe từ đó
điều khiển van điện từ tăng giảm lu lợng dầu phù hợp theo tốc độ của ô tô,
vận tốc ô tô càng cao thì van điện từ đóng bớt đờng dầu lại và ngợc lại.
- Với phơng án này hệ thống vẫn còn mang những nhợc điểm của hệ thống
lái trợ lực thuỷ lực nhng cũng đã giải quyêt đợc vấn đề thay đổi đợc tỉ số
truyền thay đổi theo tốc độ của xe.

Hình 1.18 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện
+ phơng án lựa chọn:
Với 4 phơng án trên em lựa chọn phơng án số 3 là hệ thống lái trợ lực điện
kiểu: column-type (motor trợ lực cho trục lái)
Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian
bên dới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận
tiện cho công việc tháo lắp bảo dỡng sửa chữa motor và phần điều khiển
ECU.
Hình 1.19 là Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểu column-
type
21
Hình 1.19 - Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểu
column-type.
CHƯƠNG 2
tính toán thiết kế hệ thống lái
Thông số kĩ thuật tham khảo của XE KIA MORNING
Dài-rộng-cao tổng thể (mm) 3495-1595-1480
Chiều dài cơ sở(mm) 2370
Chiều rộng cơ sở trớc/sau (mm) 1400/1385

Hộp số tự động 4 số
Cỡ lốp 165/60/R14
Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 4,6
Trọng lợng không tải (N) 8500
Trọng lợng toàn tải (N) 13500
Trọng lợng cầu trớc G
1
(N) 7400
Trọng lợng cầu sau G
2
(N) 6100
Vận tốc cực đại(km/h) 160
1. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đã lựa chọn
Đặc điểm kết cấu:
22
Cơ cấu lái
ECU
Cảm biến
mô men
motor
Trục lái
Vô lăng
Hình 1.20 là hình vẽ kết cấu của cụm trợ lực điện, gồm các bộ phận chính
sau:
+ Trục 1: Là trục bắt vào vành lái có nhiệm vụ nhận và truyền lực của ngời lái
từ vành lái xuống dới.
+ Thanh xoắn: nối giữa trục 1 và trục 2 bằng chốt, có nhiệm vụ đảm bảo cho
trục 1 và trục 2 chuyển động quay tơng đối với nhau.
+ Cảm biến mô men: đợc gắn trên trục 1, có nhiệm vụ xác định mô men mà
ngời lái tác dụng trên trục 1, từ đó gửi tín hiệu đến ECU.

+ Trục 2: là trục bên dới, đợc nối xuống cơ cấu lái, có nhiệm vụ truyền lực
xuống cơ cấu lái.
Hình 1.20 - kết cấu cụm trợ lực điện
+ Motor điện 1 chiều, có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực vào trục 2.
23
ECU
Trục vít
Bánh vít
Cảm biến mô men
Thanh xoắn
Trục 2
Motor
Trục 1
+ Trục vít - bánh vít: bánh vít chế tạo liền với trục 2, trục vít nối với
motor điện 1 chiều bằng khớp nối.
+ ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu của cảm biến mô men và cảm biến tốc độ
xe, từ đó tính toán dẫn động motor điện trợ lực vào trục 2.
+ các trạng thái làm việc
+ Lực cản quay vòng nhỏ (cha có trợ lực): Với mô men cản ở mặt đờng nhỏ
hơn 44 N.m (hay lực tác động lên vành lái nhỏ hơn 20N) thì hệ thống
làm việc nh hệ thống cơ khí đơn thuần không có trợ lực.
+ Lực cản quay vòng lớn (có trợ lực): Khi mô men cản lớn hơn 44 N.m
(hoặc lực tác dụng lên vành lái lớn hơn 20N), thì ECU nhận tín hiệu từ cảm
biến mô men và cảm biến tốc độ xe, từ đó tính toán rồi điều khiển motor trợ
lực phù hợp cho hệ thống bằng bộ truyền lực trục vít - bánh vít, cho đến khi
lực tác dụng lên vành lái là cực đại là : 60 N thì motor trợ lực cực đại cho hệ
thống.
+ Khi lực cản quay vòng không đổi: Khi đó mô men tác dụng trên trục lái
1(xem hình 1.13) là không đổi, cảm biến mô men xác định trạng thái này,
cảm biến gửi tín hiệu đến ECU, ECU điều khiển điều khiển motor không trợ

lực mô men không đổi vào trục 2( xem hình 1.20)
- Trạng thái quay vòng: khi ngời lái quay vành lái sang, cảm biến mô men
xác định đợc chiều quay và mô men tác dụng trên trục lái, ECU điều khiển
motor trợ lực phù hợp theo chiều quay của vành lái.
- nguyên lý chép hình: khi ta quay vành lái, dựa vào tín hiệu của cảm biến
mô men mà ECU tính toán điều khiển motor trợ lực phù hợp, khi ta giữ
nguyên vành lái không quay nữa, cảm biến mô men xác định đợc trang thái
này, thì ECU điều khiển motor trợ lực đến đó không quay nữa. khi ta quay
tiếp cảm biến mô men xác định đợc tín hiệu này,ECU điều khiển motor trợ
lực tiếp tục trợ lực phù hợp lực tác dụng lên vành lái và vận tốc của xe. Khi ta
quay vành lái càng mạnh thì motor trợ lực cho hệ thống càng nhiều.
+Cảm biến mô men trục lái.
Cấu tạo:
Trên hình 1.21 thể hiện cấu tạo cảm biến mô men trục lái, bao gồm các bộ
phận chính sau:
+ Roto là bộ phận ghép vào trục lái bằng then hoa.(xem hình 1.22).
24
Hình 1.21 - Cảm biến mô men
Hình 1.22 - Cấu tạo roto.
- Trên vỏ roto có gắn các nam châm vinh cửu ở vành trên và vành dới.
- Roto có nhiệm vụ tạo ra từ trờng biến thiên khi ta quay trục lái.
+ Mạch điện cảm ứng.(xem hình 1.23)
Hình 1.23 - Bộ phận cảm ứng và mạch điện.
25
Vỏ trên
Mạch cảm ứng
Vỏ dới
Roto
Nam châm vĩnh cửu
Then hoa

Nam châm vĩnh cửu
Lớp bán dẫn
Nam châm vĩnh cửuLớp bán dẫn
Vỏ nhựa