KHAI THÁC kĩ THUẬT hệ THỐNG lái TRỢ lực điện TRÊN TOYOTA CAMRY 2015

MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................................................1
3.1. Cơ sở lý thuyết chẩn đoán, bảo dưỡng kỹ thuật...............................................................................46
3.1.1. Cơ sở lý thuyết chẩn đoán kỹ thuật..........................................................................................46
3.1.2. Cơ sở lý thuyết bảo dưỡng kỹ thuật.........................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................................73

LỜI NÓI ĐẦU
Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sự
thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và sự hội nhập của
các nghành công nghiệp, kỹ thuật ô tô ở nước ta ngày càng được trú trọng và phát triển.
Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển
rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước như: Nissan, Ford, Toyota, Kia, Daewoo…
Một vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên tiến của
các nước có nền công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng bảo
dưỡng trên xe ô tô.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Để đảm bảo
an toàn khi ô tô chuyển động trên đường, người vận hành phải có kinh nghiệm xử lý và
thành thạo các thao tác điều khiển. Mặt khác, để thuận tiện cho người vận hành thực hiện
các thao tác đó, đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính năng an toàn cao. Mà hệ thống lái là một
bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó. Việc quay vòng hay chuyển hướng của ô tô
khi gặp chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống lái làm việc thật chuẩn xác.

1


Ở các thế hệ ô tô đầu tiên, hệ thống lái không trợ lực khá đơn giản. Và tất nhiên đi
cùng với nó là vô số các nhược điểm. Đây cũng chính là lí do hệ thống lái trợ lực điện ra
đời.
Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và được sự hướng dẫn tận tình của giáo
viên hướng dẫn, em quyết định thực hiện đề tài: "KHAI THÁC KĨ THUẬT HỆ THỐNG

LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN TOYOTA CAMRY 2015 ".Vì thời gian và kiến thức có
hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Vì vậy em
mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện

Khiếu Hữu Phong

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1: Tính cấp thiết của đề tài
Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sự
thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và sự hội nhập của
các nghành công nghiệp, kỹ thuật ô tô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển.
Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển
rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước như: Nissan, Ford, Toyota, Kia, Daewoo…
Một vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên tiến của
các nước có nền công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng bảo
dưỡng trên xe ô tô.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Để đảm
bảo an toàn khi ô tô chuyển động trên đường, người vận hành phải có kinh nghiệm xử lý
và thành thạo các thao tác điều khiển. Mặt khác, để thuận tiện cho người vận hành thực
hiện các thao tác đó, đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính năng an toàn cao. Mà hệ thống lái là

2


một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó. Việc quay vòng hay chuyển hướng của ô
tô khi gặp chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống lái làm việc thật chuẩn xác.
Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng, sửa chữa.
Muốn làm tốt việc đó thì người cán bộ kỹ thuật cần nắm vững kết cấu và nguyên lý làm

việc của các bộ phận của hệ thống lái.
Ở các thế hệ ô tô đầu tiên, hệ thống lái không trợ lực khá đơn giản. Và tất nhiên đi
cùng với nó là vô số các nhược điểm. Đây cũng chính là lí do hệ thống lái trợ lực thủy lực
ra đời.
Hệ thống lái trợ lực thủy lực với các bộ phận chính: Van điều tiết thủy lực, bánh
răng, ống dẫn thủy lực, pittông thủy lực, vỏ bọc(xy lanh) thanh răng…đã khắc phục được
nhiều nhược điểm của hệ thống lái không trợ lực. Giúp điều khiển tay lái nhẹ nhàng,
không làm chậm phản ứng lái…Tuy nhiên, khi xe chạy càng nhanh, tốc độ bơm thủy lực
càng mạnh, tay lái trở nên rất nhạy nhiều khi vượt quá khả năng kiểm soát của tài xế.
Cùng với đó, hệ thống lái trợ lực thủy lực có cấu tạo phức tạp, nặng và chiếm nhiều
không gian…đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống lái trợ lực điện.
Hệ thống lái trợ lực điện với các bộ phận chính: Bánh răng trục lái, cảm ứng mô
men xoắn tay lái, vỏ bọc thanh răng và bánh răng, động cơ điện, vít me bi, thanh răng lái,
dây đai…đã khắc phục một số nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thủy lực. Cấu tạo gọn
nhẹ, được trang bị công nghệ tiết kiệm nhiên liệu stop-start, sử dụng cảm biến tốc độ nên
mức độ trợ lực luôn thích hợp…
Dù còn những nhược điểm nhất định, song với những cải tiến trong tương lai. Hệ
thống lái trợ lực điện đang dần được trang bị cho tất cả các mẫu xe đời mới, thay thế cho
hệ thống lái trợ lực thủy lực đã thống trị nền công nghiệp ô tô hơn nửa thế kỷ qua.
1.2 Công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống lái
1.2.1 Công dụng của hệ thống lái ô tô.
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng
các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động
quay vòng của ôtô khi cần thiết.
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành lái),
trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu lái (tăng lực quay của

3

vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái), và các thanh dẫn động lái
(truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng).
1.2.2 Phân loại hệ thống lái ô tô
* Theo cách bố trí vành tay lái
- Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên trái;
- Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải.
* 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, ê cu, cung răng);
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng.
* Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của trợ lực
- Hệ thống lái có trợ lực thủy lực;
- Hệ thống lái có trợ lực khí nén;
- Hệ thống lái có trợ lực điện.
1.2.3 Yêu cầu của hệ thống lái ô tô
- Đảm bảo quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất
bé.
- Đảm bảo lực đặt lên vành tay lái bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng trong đó các bánh xe của tất cả các cầu phải lăn
theo những vòng tròn đồng tâm.
- Đảm bảo ô tô chuyển động thẳng ổn định.
- Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu
suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng.

4


- Đảm bảo tính tùy động.
1.3. Nguyên lí hoạt động, cấu tạo hệ thống lái
1.3.1 Hệ thống lái cơ khí
1. 3.1.1 Cấu tạo,đặc điểm của hệ thống lái cơ khí
Có 2 loại cơ cấu lái:
Loại trục vít- thanh răng.
Loại bi tuần hoàn.
Các bánh răng trong cơ cấu lái không chỉ điều khiển các bánh trước mà chúng còn là
các bánh răng giảm tốc để giảm lực quay vô lăng bằng cách tăng mô men đầu ra.
Tỷ lệ giảm tốc được gọi là tỷ số truyền cơ cấu lái và thường dao động giữa 18 và
20:1. Tỷ lệ càng lớn không những giảm lực đánh lái mà còn yêu cầu phải xoay vô lăng
nhiều hơn khi xe quay vòng.
Hiện nay, hầu hết các loại xe sử dụng loại trục vít- thanh răng.

Hình 1.1 Cấu tạo chung của hệ thống lái cơ khí.
 Loại trục vít- thanh răng.
Cấu tạo:
Trục vít tại đầu thấp hơn của trục lái chính ăn khớp với thanh răng. Khi vô lăng quay thì
trục vít quay làm cho thanh răng chuyển động sang trái hoặc sang phải.

5


Chuyển động của thanh răng được truyền tới các đòn cam lái thông qua các đầu nối
của thanh răng và các đầu nối của rôtuyn lái.
Đặc điểm:

- Cấu tạo đơn giản và gọn nhẹ. Do hộp truyền động nhỏ nên thanh răng đóng vai trò
thanh dẫn động lái.
Các răng ăn khớp trực tiếp nên độ nhạy của cơ cấu lái rất chắc chắn.
Ít quay trượt và ít sức cản quay, và việc truyền mô- men tốt hơn vì vậy lái nhẹ.
Cụm cơ cấu lái hoàn toàn kín nên không cần phải bảo dưỡng.
 Loại bi tuần hoàn.
Cấu tạo: Các rãnh hình xoắn ốc được cắt trên trục vít và đai ốc bi và các viên bi thép
chuyển động lăn trong rãnh trục vít và rãnh đai ốc. Cạnh của đai ốc bi có răng để ăn khớp
với răng trên trục rẻ quạt.
Do bề mặt tiếp xúc lăn của các viên bi truyền chuyển động quay của trục lái
chính nên lực ma sát trượt của đai ốc rất nhỏ.
Cấu tạo này có thể chịu được phụ tải lớn.
Sức cản trượt nhỏ do ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt cũng nhỏ nhờ các viên
bi.
Góc hoạt động rộng.
1.3.1.2 Nguyên lý hoạt động.
Cơ cấu có 2 phần.Phần thứ nhất là một khối kim loại có một đường ren rỗng trong
đó. Bên ngoài khối kim loại này có một vài răng ăn khớp với một vành răng (có thể dịch
chuyển một cánh tay đòn). Vành tay lái được nối với một trục có ren (giống như một cái
êcu lớn) và ăn khớp với các rãnh ren trên khối kim loại nhờ các viên bi tròn.
Khi xoay vành tay lái, êcu quay theo. Đáng lẽ khi vặn chiếc êcu này, nó phải đi sâu
vào trong khối kim loại đúng theo nguyên tắc ren nhưng nó đã bị giữ lại nên khối kim
loại phải di chuyển ngược lại. Điều này đã làm cho bánh răng ăn khớp với khối kim loại
này quay và dẫn đến di chuyển các cánh tay đòn làm các bánh xe chuyển hướng.
Chiếc êcu ăn khớp với khối kim loại nhờ các viên bi tròn. Các bi này có hai tác dụng:
một là nó giảm ma sát giữa các chi tiết. Phần thứ hai, nó làm giảm độ dơ của cơ cấu. Độ

6

dơ xuất hiện khi đổi chiều tay lái, nếu không có các viên bi, các răng sẽ rời nhau ra trong
chốc lát gây nên độ dơ của tay lái.
1.3.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực (Hydraulic Power Steering System).
1.3.2.1 Cấu tạo hệ thống lái trợ thủy lực

1. Bơm trợ lực lái. 2. Cụm thân van.
5. Bình chứa dầu trợ lực.

3. Thước lái

6. Rô tuyn lái ngoài.

4. Chụp cao su.
7. Vô lăng.

Hình 1.2 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực.
a. Bơm dầu trợ lực (1): Bơm trợ lực có nhiệm vụ bơm dầu thủy lực có áp suất vào bên
trong hệ thống để tạo ra sự hỗ trợ lực khi người lái tác dụng lên vô lăng thực hiện việc
chuyển hướng khi xe hoạt động. Bơm trợ lực thực chất là loại bơm bánh răng trong, nó
được dẫn động từ puly trục cơ thông qua dây đai do vậy cũng một phần làm tiêu hao công
suất của động cơ khi làm việc.
b. Cụm van chia dầu (2): Có cấu tạo gồm các cổng chia dầu được nối với thước lái,
trên thân van chia có 4 cổng bao gồm: cổng dẫn dầu vào từ bơm trợ lực (1), cổng xả dầu
về bình chứa (5) và 2 cổng chia sang 2 phía của thước lái. Dưới tác dụng từ mặt đường
(khi đánh lái) lên thanh xoắn (bên trong cụm van) sẽ thực hiện việc mở cửa van chia dầu
có áp suất cao hơn sang phía thước lái ứng với chiều chuyển hướng mong muốn, đường
ống dầu đầu còn lại của thước sẽ được xả dầu qua van và qua cổng hồi về bình trợ lực.
c. Hộp thước lái (3): Hộp thước lái bao gồm cơ cấu trục vít – thanh răng và xylanh thủy
thực. Cơ cấu trục vít – thanh răng có tác dụng biến chuyển động quay của vô lăng (7)
thông qua trục tay lái thành chuyển động tịnh tiến (sang hai bên) của thanh răng làm cho

bánh xe có thể chuyển hướng.

7


d. Vô lăng (7): Vô lăng hay còn gọi là tay lái có tác dụng để điều hướng, khi người lái
muốn xe chuyển hướng sang trái thì quay vô lăng theo chiều ngược kim đồng hồ và
ngược lại khi muốn chuyển hướng xe sang phải thì quay vô lăng cùng chiều kim đồng hồ.
1.3.2.2 Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.3 Hoạt động của hệ thống khi đánh lái sang phải.
Khi đánh lái sang phải người lái tác dụng làm vô lăng (7) quay theo chiều kim đồng
hồ, trục vít sẽ làm cho thanh răng chuyển động từ trái qua phải (cơ cấu thanh răng trục
vít), dưới tác dụng của phản lực từ mặt đường lên bánh xe thông qua thanh răng làm
thanh xoắn điều khiển van chia mở đường dầu có áp lực từ bơm đến quan van và đường
ống dẫn dầu vào cổng 1 của hộp thước lái, dầu có áp lực sẽ tác dụng lên pittông trợ lực
đẩy thanh răng theo chiều chuyển động từ trái sang phải có tác dụng trợ lực. Dầu trong
khoang còn lại của thước lái bị đẩy theo cổng 2, ống dẫn dầu, van chia và trở về bình
chứa.

8


Hình 1.4 Hoạt động của hệ thống khi đánh lái sang trái.
Khi đánh lái sang trái người lái tác dụng lên vô lăng (7) quay theo chiều ngược kim
đồng hồ, thanh răng được đẩy di chuyển từ phải sang trái, lực tác dụng từ mặt đường làm
thanh xoắn điều khiển mở cửa dầu có áp lực từ bơm qua van chia, đường ống dẫn vào
cổng số 2 của thước lái và trợ lực đẩy cho thanh răng di chuyển từ phải sang trái nhẹ
nhàng hơn. Dầu từ khoang còn lại của thước lái bị đẩy theo cổng 1 qua đường ống dẫn
dầu, van chia ra đường xả về bình chứa.

1.3.3 Hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering)

Hình 1.5 Cấu tạo chung của hệ thống lái trợ lực điện.

9


Hệ thống điện EPS bố trí: giữa vành lái với hộp số truyền một bộ cảm biến 4 (góc
quay và mô men trên vành lái), giữa hộp số truyền và cơ cấu lái bố trí mô mem cảm biến
cản bánh xe dẫn hướng đặt trên CCL.
Chương trình điều khiển mô tơ DC bao hàm các trạng thái cụ thể của kết cấu theo các
tiêu chí: Tốc độ ô tô, đặc tính quay vòng tĩnh của ô tô, đặc tính quay vòng động của ô tô,
các trạng thái nguy hiểm, mức độ trợ lực, giảm chấn của hệ thống, các chức năng chẩn
đoán và các thông tin tổng quát chung của xe (CAN).

Hình 1.6 Hoạt động của hệ thống lái trợ điện.
1. Vô lăng (lực tay đánh lái);

3. Phản lực từ mặt đường lên lốp xe;

2. Mô tơ trợ lực điện;

1+2. Trợ lực khi đánh lái;

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện được dựa trên tín hiệu về cảm biến mô
men nằm trong cụm trợ lực lái. Khi người lái tác dụng lên vô lăng thực hiện việc chuyển
hướng, dưới tác dụng của phản lực từ mặt đường qua bánh xe, thước lái tác dụng lên
thanh xoắn nằm trong cụm trợ lực điện. Cảm biến mô men có tác dụng đo mô men đánh
lái (độ biến dạng của thanh xoắn) từ đó gửi tín hiệu về hộp điều khiển. Căn cứ vào tín
hiệu của cảm biến mô men hộp điều khiển đưa ra dòng điện điều khiển mô tơ trợ lực đủ

lớn để hỗ trợ việc xoay trục tay lái theo chiều của người lái điều khiển, vì vậy lực đánh lái
sẽ được hỗ trợ và trở lên nhẹ hơn rất nhiều.

10


1.3.4 Hệ thống lái trợ lực điện - thủy lực (EHPS).

Hình 1.7 Cấu tạo hệ thống lái trợ điện thủy lực.
Nhìn chung một hệ thống lái có trợ lực sử dụng lực động cơ để dẫn động bơm trợ lực
tạo áp suất thủy lực. EHPS là một hệ thống lái có trợ lực sử dụng mô tơ để tạo áp suất
thủy lực và giảm lực cần thiết để điều khiển vô lăng. Do hệ thống này giảm phụ tải trong
động cơ, nên nó nâng cao tiết kiệm nhiên liệu. ECU kiểm soát tốc độ quay mô tơ (lượng
xả của bơm) theo các thông số như tốc độ xe và góc quay của vô lăng.
Bảng 1.1:Ưu nhược điểm của các hệ thống lái

11


Hệ thống lái

Ưu điểm

Nhược điểm

Đáp ứng hầu hết các yêu cầu của hệ
Khi quay xe người lái phải sử
thống lái.
dụng lực tương đối lớn tác dụng
Cơ khí

lên vành lái để quay bánh dẫn
hướng gây ra sự mệt mỏi cho
người lái.
+Truyền động được công suất cao và
+Mất mát trong đường ống dẫn
lực lớn.
và rò rỉ bên trong các phần tử, làm
+Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi
và vô cấp.
sử dụng.
+Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử
+Khó giữ được vận tốc không
dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau.
đổi khi phụ tải thay đổi do tính
+Có khả năng giảm khối lượng và kích nén được của chất lỏng và tính đàn
thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao.
hồi của đường ống dẫn.
+Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động
+Khi mới khởi động, nhiệt độ
cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu của hệ thống chưa ổn định, vận tốc
Trợ lực thủy
nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà làm việc thay đổi do độ nhớt của
lực
không sợ bị va đập mạnh.
chất lỏng thay đổi.
+Dễ biến đổi chuyển động quay của
động cơ thành chuyển động tịnh tiến của
cơ cấu chấp hành.
+Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn.
+Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể

cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.
+Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết
bị phức tạp bằng cách dùng các phần tử
tiêu chuẩn hóa.
+ Không cần dẫn động từ động cơ nên
Chi phí sửa chữa lớn (Khi hỏng
động cơ không phải mất công suất lại cho các chi tiết bên trong cụm trợ lực
hệ thống trợ lực lái do vậy sẽ tiết kiệm thì thay toàn bộ cụm trợ lực để
2%-3% nhiên liệu khi hoạt động.
đảm bảo an toàn khi lái xe, không
Trợ lực điện
+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ.
bị mất lái đột ngột)
+Cho cảm giác lái thật hơn với người
lái.
+Không sử dụng môi chất nên đảm bảo
vệ sinh môi trường.
+ Loại bỏ sự cần thiết cho máy bơm
+ Dễ rò rỉ dầu ở phớt thước lái.
thủy lực riêng và các loại ống, đơn giản
Trợ lực điện - hóa kiến trúc hệ thống lái, cải thiện an
thủy lực
toàn và độ tin cậy cao.
12
+ Giảm trọng lượng, điện năng sử dụng
trên hệ thống.


Kết thúc chương 1 ta đã tìm hiểu sơ qua về hệ thống lái, tiếp theo ta sẽ tìm hiểu chi tiết
hơn kết cấu của hệ thống lái trợ lực điện ở chương 2 dưới đây

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN
2.1 Khái quát hệ thống lái trợ lực điện
2.1.1 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện

13


Do đòi hỏi tốc độ ngày một cao hơn, chất lượng tốt hơn và yêu cầu giảm năng lượng
tiêu thụ ở phương tiện ngày một gia tăng. Để đáp ứng cho các đòi hỏi này, việc nghiên
cứu và phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điện điện tử nhằm mục đích
nâng cao hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó. Điểm đặc biệt đó gồm hai đề xuất là
giới thiệu logic toán học và hệ thống lái chuyên sâu phù hợp với môi trường xe chạy bằng
cách thay đổi các trợ lực cho phù hợp với điều kiện giao thông hoặc điều kiện bề mặt
đường để tạo cảm giác nhạy bén khi lái xe. Vấn đề quan trọng nhất là khả năng phản ứng
tức thời của trợ lực lái, gây cảm giác cho người lái làm họ phải chú ý đến sự biến đổi do
phản lực lái gây ra. Như vậy, hệ thống cung cấp cho người lái xe các thông tin cần lưu ý
trong điều kiện vận hành của phương tiện, ví dụ: Sự biến đổi vận tốc và gia tốc, phản lực
lái, không chỉ cải thiện mối quan hệ giữa người lái và phương tiện mà còn có thể tạo ra sự
phù hợp giữa cảm giác của người lái và hệ thống lái, nhưng chức năng tự động bù khi
phương tiện có những biến đổi không đồng đều mà nguyên nhân do sự xáo trộn gây ra
cũng có thể được giải quyết.
Trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) là một hệ thống điện hoàn chỉnh
làm giảm đáng kể sức cản hệ thống lái bằng cách cung cấp dòng điện trực tiếp từ mô tơ
điện tới hệ thống lái. Thiết bị này bao gồm có cảm biến tốc độ xe, một cảm biến lái
(mômen, vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một môtơ. Tín hiệu đầu ra từ mỗi
cảm biến được đưa tới ECU có chức năng tính toán chế độ điều khiển lái để điều khiển
hoạt động của môtơ trợ lực.
Các phần tử chính cua trợ lực lái điện gồm có: Mô tơ điện một chiều; Các cảm biến;
Bộ điều khiển trung tâm (ECU); Hộp giảm tốc.

* Mô tơ: Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh
cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái. Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện có
nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:
- Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng.
- Mô tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra.
- Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi
thông qua vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc.
Do vậy Mô tơ điện có các đặc điểm:

14


- Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản.
- Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển.
- Dao động và tiếng ồn nhỏ.
- Lực quán tính và ma sát nhỏ.
- Độ an toàn và độ bền cao.
* Bộ điều khiển trung tâm (ECU)
Bộ điều khiển trung tâm (ECU) nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông
tin để điều khiển mô tơ.
Yêu cầu đối với ECU gồm có:
- Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dòng điện mô tơ). Các chức
năng này gồm có:
(1) Điều khiển được dòng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định
Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dòng điện cấp cho Mô tơ ) theo tốc độ xe và mômen đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe.
(2) Điều khiển bù
Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho Mô tơ tương
ứng với sự biến động mô-men xoắn đầu vào.
(3) Bù ma sát
Khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp, trợ lực lái điện giúp cho vành tay lái trở lại

vị trí chuyển động thẳng sau khi đã quay vòng bằng cách bù dòng điện mô tơ .
(4) Điều khiển tụ
Khi ô tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lên vành
lái ở vị trí đang quay vòng (ví dụ, trong khi chuyển làn đường) bằng cách bù dòng điện
cấp cho mô tơ làm cho vành lái có thể dễ dàng trở về vị trí thẳng .
(5) Tối đa dòng điện cấp cho mô tơ.
Giới hạn dòng điện của mô tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU và mô tơ không
bị hư hỏng do quá tải.
- Đảm bảo độ tin cậy (Chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi).
Để đảm bảo độ tin cậy trong ECU sẽ có mạch tự chuẩn đoán và sửa lỗi). Nó sẽ theo
dõi sự sai lệch của các phần tử trong hệ thống và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ

15


điều khiển các chức năng EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng của sự sai lệch và cảnh báo cho
người lái xe. Ngoài ra, nó còn lưu trữ các vị trí các sai lệch trong ECU.
- Đảm bảo tính đối thoại với các hệ thống khác (Chức năng truyền tin và kiểm tra hệ
thống EPS).
* Các cảm biến:
Các cảm biến có nhiệm vụ cấp tín hiệu mô men lái, vận tốc chuyển động xe và tốc
độ trục khuỷu động cơ. Về cơ bản trợ lực lái điện có cảm biến mô men lái hoặc tốc độ
đánh lái. Đa phần hiện nay sử dụng cảm biến mô men lái. Các cảm biến này có hai loại
chính là có tiếp điểm và không có tiếp điểm. Ưu điểm của loại không tiếp điểm là : không
bị mòn do lão hóa, từ trễ nhỏ, là ít bị ảnh hưởng bởi dịch chuyển dọc trục và lệch trục.
Giảm tốc có nhiệm vụ tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái.
2.1.2 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện.
Trợ lực lái được điều khiển theo các bản đồ được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ của ECU.
EPS ECU có thể lưu trữ 16 bản đồ, các bản đồ này được kích hoạt ở nhà máy phụ thuộc
vào các yêu cầu cho trước (ví dụ trọng lượng của ô tô).

Hình 2.1: Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện
1- Dòng cấp mô tơ; 2- Tốc độ mô tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái; 6- Điều
khiển dòng tối đa cho mô tơ; 7- Điều khiển bù rung động; 8- Điều khiển phục hồi;
9- Điều khiển bù; 10- Điều khiển chính; 11- Dòng đích; Hạn chế dòng cấp áp tối
đa ra mô tơ; 13- Điều khiển dòng cấp ra mô tơ; 14- Dòng cấp cho mô tơ

Ngoài ra các bản đồ này cũng được kích hoạt bằng những công cụ quét ECU hoặc
hệ thống lái sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế ECU hoặc hệ thống lái. Với bất kì một cái
xe đã cho thì cả hai bản đồ tương ứng với xe hạng nặng và hạng nhẹ được chọn. Mỗi bản
đồ có 5 đặc tính khác nhau tương ứng với các vận tốc chuyển động của ô tô. Các bản đồ
này xác định vùng trợ lực lái có thể làm việc.

16


Hình 2.2: Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện
Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước:
Bước 1.

Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực để quay
vô lăng.

Bước 2.

Lực tác dụng lên vành lái sẽ làm cho thanh xoắn trong cơ cấu lái
xoay. Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn
và gửi các lực lái đã được tính toán đên ECU

Bước 3.

Cảm biến góc quay của vô lăng sẽ thông báo góc quay vành lái và
tốc độ đánh tay lái hiện thời.

Bước 4.

Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc
quay vô lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong
ECU, EPS ECU sẽ tính toán lực trợ lực cần thiết và gửi đến động
cơ điện.

17


Bước 5.

Trợ lực lái sẽ tác động lên cơ cấu lái một lực trợ lực song song với
lực đặt lên vành lái.

Bước 6.

Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấu
lái để quay vòng xe.

2.2 Cấu tạo và nguyên lí làm việc hệ thống lái trợ lực điện
Tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc có 2 kiểu trợ lực điện: Kiểu thứ nhất, hộp giảm
tốc đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành lái. Kiểu thứ hai, hộp giảm tốc được tích hợp
vào cơ cấu lái (trong trường hợp này cơ cấu lái thường là loại bánh răng – thanh răng và
đặt trực tiếp trên thanh lái ngang).
2.2.1 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 1

Trong hệ thống trợ lực lái kiểu này được sử dụng trên xe Kia Mornig, 2009, Toyota
Vioss 2008 có một môtơ điện trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở
trục lái chính ( trước đoạn các đăng trục lái) (Hình 2.2). Tại đây cũng bố trí cảm biến
mômen lái. Cạnh đó là bộ điều khiển điện tử của trợ lực lái điện (EPS ECU). Trên (Hình
2.3) là cấu tạo hộp giảm tốc.

Hình 2.2.

Trợ lực lái điện với moto trợ lực trên trục lái

1- moto; 2- cảm biến mômen; 3- trục lái; 4- trục vít - bánh vít; 5- cơ cấu lái
trục răng - thanh răng; 6- ly hợp điện từ

18


Hình 2.3.

Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực lái kiểu 1

1-vòng bi; 2- trục vít; 3- vỏ trục lái; 4- khớp nối; 5- roto; 6- stator; 7- trục
môtơ; 8- trục lái chính; 9- bánh vít
Hệ thống được điều khiển theo sơ đồ tổng quát (Hình 2.4) trên đó có thể nhận thấy
các tín hiệu đầu vào của EPS ECU gồm 4 nhóm tín hiệu chính:

Hình 2.4.

Sơ đồ trợ lực lái kiểu 1

Tín hiệu cảm biến mô men số 1;B- Tín hiệu cảm biến mô men số2; 1- Giắc nối đa

năng số 1; 2- Giắc nối đa năng số 2; 3- Táp lô; 4- ABS+TRC ECU; 5- Cảm biến
tốc độ ô tô; 6- ECU Mô tơ ; 7- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 8- Đèn báo; 9- Mô tơ trợ
lực;10- EPS ECU; 11- Giắc kết nối dữ liệu số 1; 12- Giắc kết nối dữ liệu số 2

19


1- Nhóm tín hiệu (2 hoặc 4 tín hiệu) từ cảm biến mômen lái
2- Tín hiệu vận tốc chuyển động ô tô có thể gửi trực tiếp về EPS ECU hoặc thông qua
ECU truyền lực và mạng điều khiển vùng ( CAN – Controller Area Network) và
các giắc nối truyền tới EPS ECU.
3- Tín hiệu tốc độ mô tơ (xung biểu diễn số vòng quay trục khuỷu ne từ cảm biến trục
khuỷu) thông qua ECU động cơ và mạng CAN truyền tới EPS ECU.
4- Nhóm dữ liệu cài đặt và tra cứu thông qua dắc kết nối dữ liệu DLC3 (Data Link
Connector) để truy nhập các thông tin cài đặt và tra cứu thông tin làm việc của hệ
thống và báo lỗi hệ thống.

Hình 2.5.

Bố trí các cụm và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S

1- Đèn báo; 2-EPS ECU; 3- ECU Mô tơ ; 4- Bảng táp lô;5- Trục lái(cảm biến mô
men, Mô tơ điện 1 chiều,cơ cấu giảm tốc);6- ECU điều khiển trượt

Những sự cố trong quá trình vận hành hệ thống được ghi lại trong bộ nhớ của EPS
ECU và cảnh báo bằng đèn P/S trên Bảng táp lô 4 ( Hình 2.5).

20

2.2.2 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2
Kiểu này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực:
Thứ nhất là loại môtơ chế tạo rời lắp với trục bánh răng của cơ cấu lái ( Hình 2.6)
sử dụng trên xe Toyota Lexus.
Thứ hai là loại môtơ được chế tạo liền khối với cơ cấu lái. Loại này sử dụng trên xe
BMW. Trong trợ lực lái loại này mô tơ trợ lực được chế tạo liền với cơ cấu lái và là một
bộ phận cấu thành của cơ cấu lái ( Hình 2.7). Phương án này rất gọn, tuy nhiên giá thành
hệ thống cao. Phương án này đang được áp dụng cho dòng xe Lexus đời 2006.

Hình 2.6.

Môtơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái

1- Khớp cầu; 2- Chụp cao su; 3- Thanh lái;

4- Mô tơ; 5- Giắc điện;

6- Trục lái
Cấu tạo mô tơ thể hiện ở (Hình 2.8). Phần kéo dài của thanh răng 13 được chế tạo
dưới dạng trục vít và trục vít này ăn khớp với đai ốc 7 liên kết cứng với rôto 10 của mô tơ
trợ lực lái thông qua các viên bi tuần hoàn 9.

Hình 2.7.

Sơ đồ trợ lực lái điện trên cơ cấu lái

1- Cảm biến mô men; 2- Vành tay lái; 3- Cảm biến góc quay; 4- Mô tơ trợ
lực; 5- Tăng điện thế.

21

Hình 2.8.

Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay

1-Cảm biến mô men; 2- Stator; 3- Cuộn dây; 4- Bi cầu; 5- Giắc điện;
6- Gioăng làm kín; 7- Đai ốc; 8-Chốt ; 9- Bi cầu;
10- Rô to; 11- Nam châm; 12- Vỏ thanh răng; 13- Thanh răng của cơ cấu
lái; 14- Vòng bi
Cảm biến mô men là loại không tiếp điểm được bố trí trên trục lái, cấu tạo của nó
thể hiện trên (Hình 2.9)
Để điều khiển chế độ trợ lực ( Điều khiển mô tơ trợ lực) cảm biến mô men lái gửi tín
hiệu giá trị mômen về EPS ECU. EPS ECU sẽ tính toán chế độ trợ lực theo chương trình
đã được cài đặt sẵn và điều khiển mô tơ trợ lực bằng chuỗi xung để tạo ra các mức điện
áp khác nhau tùy theo việc cần trợ lực mạnh hay yếu.
Trong hệ thống điều khiển này để tăng độ nhạy chấp hành và giảm kích thước, trọng
lượng môtơ điều khiển EPS ECU có thêm mạch tăng thế, nâng điện áp điều khiển lên gấp
đôi (24V), cụm 5 trên (Hình 2.9)
Các tín hiệu từ động cơ, hệ thống phanh thông qua mạng CAN gửi về EPS ECU,
còn các tín hiệu từ các cảm biến khác được gửi trực tiếp về EPS ECU, EPS ECU sẽ tính
toán và đưa ra lệnh điều khiển môtơ lực, trong đó tín hiệu của cảm biến mô men đóng vai
trò quan trọng nhất.

22


Hình 2.9.

Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay

1- Trục bánh răng của cơ cấu lái; 2- Thanh xoắn; 3- Trục vào; 4- Thanh
răng; 5- Cuộn phân tích 1; 6- Cuộn phân tích 2.
2.2.3.Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện
Trong trợ lực lái điện, có một phần tử rất quan trọng không thể thiếu đó là các cảm
biến. Các cảm biến này có nhiệm vụ truyền thông tin đến ECU để ECU sử lý thông tin và
quyết định vòng quay của môtơ trợ lực.
Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện – điện tử gồm: Cảm biến mômen lái,
cảm biến tốc độ đánh lái ( tốc độ quay vành lái ), cảm biến tốc độ ôtô.
2.2.3.1. Cảm biến tốc độ đánh lái có 2 loại:
a. Loại máy phát điện( Hình 2.10):
Được dẫn động từ trục lái thông qua các cặp bánh răng tăng tốc làm tăng tốc độ
quay và phát ra điện áp 1 chiều tuyến tính tỉ lệ với tốc độ quay của trục lái. Tín hiệu của
máy phát phát ra được hiệu chỉnh và khuyếch đại thông qua 1 bộ khuyếch đại.

23


Hình 2.10.

Cấu tạo và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái

1- Trục răng; 2- Biến thế vi sai; 3- Mạch giao diện; 4- Trục vào; 5Thanhxoắn; 6- Bánh răng trung gian; 7- Mô tơ; 8- Cơ cấu cam; 9- Lõi thép
trượt; 10- Cánh
b. Loại cảm biến tốc độ đánh lái loại hiệu ứng Hall (Hình 2.11):
Có cấu tạo đơn giản hơn, dễ lắp đặt và đặc tính ra là dạng xung số. Vì vậy các xe
ngày nay thường sử dụng loại cảm biến này.

Hình 2.11.

Cảm biến tốc độ đánh lái ( góc đánh lái) loại Hall

a- Cấu tạo;

b- Xung của cảm biến

24


1- Vỏ; 2- Rô to nam châm; 3- Ổ bi; 4- IC Hall; 5- Giắc điện; 6- Nhựa từ
tính
Cấu tạo của cảm biến gồm 1 rôto nam châm nhiều cực gắn với trục lái. Một IC Hall
được đặt đối diện với vành nam châm (Cách 1 khe hở nhỏ: 0,2 ÷ 0,4 mm). Cảm biến được
cấp nguồn điện 12v một chiều. Khi đánh tay lái, vành nam châm sẽ quay và từ trường của
nam châm tác động vào IC Hall tạo ra chuỗi xung vuông 0v ÷ 5v. Số xung tăng dần theo
góc quay trục lái. Tín hiệu này sẽ được gửi về EPS ECU và phân tích thành góc quay trục
lái và tốc độ đánh lái ( nếu đặt vào mạch đếm thời gian).
2.2.3.2. Cảm biến mômen lái có 3 loại:
a. Loại lõi thép trượt ( Hình 2.12):

Hình 2.12. Sơ đồ đặc tính và các vị trí làm việc của cảm biến mômen lái
loại lõi thép trượt
1- Lái phải; 2- Trung gian; 3- Lái trái; 4- Cuộn sơ cấp;5,7- Cuộn thứ cấp;
6- Lõi thép trượt;
Gồm 1 lõi thép được lắp lỏng trượt trên trục lái, trên đó có 1 rãnh chéo, rãnh này sẽ
được lắp với 1 chốt trên trục lái. Phía ngoài lõi thép là 3 cuộn dây quấn: 1 cuộn sơ cấp và
2 cuộn thứ cấp. Cuộn sơ cấp được cấp 1 nguồn điện xoay chiều tần số cao. Tùy thuộc vào
vị trí của lõi thép mà suất điện động cảm ứng ra trong hai cuộn dây thứ cấp khác nhau.
Tín hiệu của 2 cuộn thứ cấp được chỉnh lưu và đưa về mạch so sánh để biến đổi thành
điện áp tuyến tính tỉ lệ với góc xoắn của 1 thanh xoắn đặt giữa trục lái và cơ cấu lái (Như

trong van trợ lực thủy lực loại van xoay).

25