Nghiên cứu chung hệ thống lái trợ lực điện trên toyota corolla altis 1 8AT 2014

1
LỜI MỞ ĐẦU
Ngành ơ tơ giữ một vị trí quan trọng trong sự phát triển của xã hội. ô tô được
dùng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân ở nhiều lĩnh vực khác nhau như công
nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thơng vận tải, quốc phịng an ninh. Trên
nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế ngành công
nghiệp 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: FORD, TOYOTA, DAEWOO . Một vấn
đề lớn đặt ra đó là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu của các loại xe hiện đại, của
từng hệ thống trên xe để từ đó khai thác và sử dụng xe một cách có hiệu quả cao,
đáp ứng yêu cầu giữ tốt, dùng bền, an toàn, tiết kiệm.
Một trong những hệ thống quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Hệ thống này có
chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổn định
chuyển động thẳng cũng như quay vịng của bánh xe dẫn hướng. Trong q trình
chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an tồn chuyển động và quỹ
đạo chuyển động của ơ tơ, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó người ta
khơng ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.
Hệ thống lái đơn giản, điều khiển cơ khí được sử dụng trên các loại xe từ các
loại xe thô sơ đến những chiếc xe ô tô đầu tiên ra đời. Ô tô phát triển ngày càng
vận chuyển được nhiều hơn, nhanh hơn do đó việc lái và điều khiển sẽ ngày càng
khó khăn. Do đó các hãng xe đã nghiên cứu và phát triển nhiều hệ thống hỗ trợ
công việc điều khiển xe của con người như hệ thống lái thủy lực, hệ thống lái
điện...
Hệ thống lái điện đang được áp dụng trên nhiều xe hiện đại đời mới vì nó có
nhiều ưu điểm hơn các hệ thống lái khác, để hiểu thêm nó có những ưu điểm
nào, hoạt động của nó ra sao, những hư hỏng và sửa chữa hệ thống lái điện ta


2
cùng nghiên cứu về hệ thống này cụ thể trên xe Toyota Corolla Altis 1.8AT

2014.
Nội dung của đề tài ''Nghiên cứu chung hệ thống lái trợ lực điện trên
Toyota Corolla Altis 1.8AT 2014'' gồm các phần như sau:
Lý thuyết :
- Chương 1: Tổng quan hệ thống lái trên ô tô.
- Chương 2: Nguyên lý làm việc chung của hệ thống lái trợ lực điện.
- Chương 3: Đặc điểm kết cầu hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Corolla
Altis 1.8AT.
-Chương 4: Sửa chữa bảo dưỡng hệ thống lái trên xe Toyota Corolla Altis
1.8AT.
Bản vẽ :
- Bản vẽ 1: Sơ đồ bố trí hệ thống lái trợ lực điện.
- Bản vẽ 2: Sơ đồ kết cấu các bộ phận chính.
- Bản vẽ 3: Quy trình tháo cụm trục lái chính.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ
1.1. Hệ thống lái cơ bản.
1.1.1. Khái niệm
- Hệ thống lái là hệ thống giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ơ tơ đi
thẳng, quay vịng hoặc rẽ trái, rẽ phải theo tác động của người lái lên vô lăng.
- Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống khác thực hiện điều khiển điều khiển
oto và đóng vai trị quan trọng trong việc đảm bảo an tồn giao thơng khi oto
chuyển động.
- Các bộ phận chính của hệ thống lái.
+ Cơ cấu lái, vô lăng, trục lái: Truyền momen do người lái tác dụng lên vô lăng
đến dẫn động lái.
+ Dẫn động lái: Truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và

đảm bảo động học quay vịng đúng.
+ Trợ lực lái: Có thể có hoặc khơng. Dùng để giảm nhẹ lực quay vịng của người
lái.
Thường được sử dụng trên các xe đời mới, xe tải trọng lớn...
1.1.2. Yêu cầu.
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau.
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định, không bị nhao lái sang hai bên khi đang
chuyển động thẳng:
+ Các bánh xe dẫn hướng phải đảm bảo về áp suất, độ mòn và ổn định.
+ Khơng có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm
việc, mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức là xe có khả năng quay vịng tốt, bán kính quay
vịng nhỏ thuận tiện trên diện tích nhỏ.


4
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe khơng bị trượt lê gây mịn
lốp, giảm tính ổn định của xe.
- Giảm các va đập từ đường lên vơ lăng khi xe chuyển động trên đường xóc, gồ
ghề hay chướng ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện giúp người lái thoải mái và không tốn nhiều
sức lực trong việc lái xe.
- Cơ cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
1.1.3. Phân loại hệ thống lái.
- Theo phương pháp quay vòng.
+ 2 bánh trước dẫn hướng: được sử dụng phổ biến nhất trên xe con, xe du lịch,
xe tải nhỏ và vừa...
+ 4 bánh trước dẫn hướng: Sử dụng trên các xe tải có trọng tải lớn.
+ 2 bánh sau dẫn hướng.
+ 4 bánh trước và sau dẫn hướng.

+ Kiều bẻ gãy thân xe.
-Theo vị trí vơ lăng.
+ Vơ lăng bố trí bên trái.
+ Vơ lăng bố trí bên phải.
Tùy thuộc vào luật của các nước mà bố trí khác nhau nhằm thuận lợi cho người
lái dễ quan sát, nhất là khi vượt xe.
- Theo kết cấu cơ cấu lái.
+ Trục vít – cung răng.
+ Trục vít – chốt quay.
+ Trục vít – con lăn.
+ Bánh răng – thanh răng.
+ Thanh răng liên hợp ( Trục vít – liên hợp ecu bi – cung răng ).
- Theo cơ cấu trợ lực.


5
+Trợ lực cơ khí.
+ Trợ lực thủy lực.
+ Trợ lực hóa khí ( khí nén hoặc chân khơng ).
+ Trợ lực điện.
+ Trợ lực thủy lực – điện.
1.1.4. Cấu trúc cơ bản và nguyên lý làm việc hệ thống lái thông thường.
1.1.4.1. Cấu trúc cớ bản.
Mặc dù hệ thống lái ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú về nguyên lý
cũng như về kết cấu, từ hệ thống lái của xe con, xe tải, loại xe sử dụng treo độc
lập hay phụ thuộc về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính sau: Vành lái, trục lái,
cơ cấu lái, dẫn động lái.


6

+ Sơ đồ kết cấu 1 hệ thống lái đơn giản.

Hình 1.1.1: Hệ thống lái đơn giản
1. Vành lái

2. Trục lái

3. Cơ cấu lái

4. Khung xe

5. Các cơ cấu dẫn động lái
1.1.4.2. Cách bố trí hệ thống lái trên xe.


7

Hình 1.1.2: Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe.
Các bộ phận chính của hệ thống lái.
- Vành lái:
+ Là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận momen quay của người
lái và truyền cho trục lái. Vành tay lái có cấu trúc tương đối giống nhau trên các
loại xe bao gồm vành hình trịn bên trong bằng thép và được bọc bằng nhựa hoặc
da. Lắp ghép với trục lái bằng then hoa, ren và đai ốc. Ngồi chức năng chính là
tiếp nhận momen quay từ người lái vành lái cịn là nơi bố trí một số bộ phận như
cịi, túi khí và các nút điều khiển khác.
+ Vành lái phải đảm bảo vững chắc và tính thẩm mỹ với nội thất xe.
- Trục lái:
+ Bao gồm trục lái chính làm nhiệm vụ truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái.
Đầu trên của trục lái chính được làm thon và xẻ răng cưa, vành lái được siết chặt

vào trục lái bằng đai ốc. Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái bằng


8
khớp nối mềm hoặc khớp nối các đăng để giảm thiều chấn động từ mặt đường
lên vành tay lái.
+ Ngoài chức năng trên trục lái cịn là nơi bố trí các cần điều khiển đèn chiếu
sáng, xi nhan, gạt mưa và nước rửa kính.
+ Trục lái phải đảm bảo độ cứng để truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái và
đảm bảo giảm các rung động trong khi chuyển động từ mặt đường lên vành lái,
trục lái cần có kết cấu gọn bố trí hợp lý.
+ Hiện nay kết cấu trục lái rất đa dạng, đa số các xe sử dụng loại trục gãy được
cấu tạo từ các trục có khớp nối các đăng.
Cấu tạo 1 trục lái.

Hình 1.1.3: Các chi tiết của trục lái.
1. Phần vành lái.

2. Các cần điền khiển đèn, gạt mưa.

3. Cụm khóa điện.

4. Vỏ trục lái.

5. Khớp các đăng.

6. Trục các đăng.

7. Khớp cao su.

9
- Cơ cấu lái
Cơ cấu lái có chức năng biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động
thẳng dẫn đến các đòn kéo dẫn hướng.
Cơ cấu lái sử dụng trên các xe ô tô hiện nay rất đa dạng tuy nhiên để đảm bảo
thực hiện tốt được chức năng trên thì chúng phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái phải đảm bảo phù hợp với từng loại ơ tơ.
+ Có kết cấu đơn giản, tuổi thọ cao và giá thành thấp, dễ dàng tháo lắp và điều
chỉnh.
+ Độ rơ của cơ cấu lái phải nhỏ.
- Các kiểu cơ cấu lái:
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng: có kết cấu đơn giản nên được sử dụng
khá rộng rãi trên các loại xe ơ tơ hiện nay. Nó bao gồm một bánh răng nghiêng
thông thường được chế tạo liền với trục lái và ăn khớp với một thanh răng
nghiêng, hai đầu của thanh răng có thể liên kết với trực tiếp với các địn dẫn
động lái bằng khớp trụ hoặc thơng qua hai thanh dẫn động khác bằng được bắt
bu lông.
Cơ cấu lái kiểu này có kết cấu gọn tuy nhiên tỉ số truyền nhỏ thích hợp bố trí trên
các loại xe nho. Độ dơ tay lái nhỏ do được dẫn động trực tiếp hơn so với các loại
cơ cấu lái khác.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn: Kiểu cơ cấu lái này sử dụng cặp ăn khớp trục
vít, con lăn để thực hiện quá trình điều khiển xe chuyển hướng hay quay vòng.
Ưu điểm của cơ cấu này là có kết cấu gọn, bền và có khả năng chống mịn cao.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt khớp.
- Cơ cấu dẫn động lái
Cơ cấu dẫn động lái có chức năng truyền chuyển động điều khiển từ hộp cơ cấu
lái đến hai ngõng quay của hai bánh xe. Bảo đảm mối quan hệ cần thiết về góc

10
quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện quay vòng.
Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo
bằng kết cấu của hình thang lái.
Cơ cấu dẫn động lái bao gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết. Tuỳ theo
cấu trúc khung gầm của từng xe người ta bố trí các loại cơ cấu dẫn động lái khác
nhau.
- 1 số cơ cấu khác trên hệ thống lái.
+ Bộ phận giảm chấn: Khi chiếc xe gặp tai nạn, bộ phận giảm chấn ngăn không
cho trục lái chính làm tổn thương người lái bằng hai mức độ: Gãy ngay khi xảy
ra va trạm(primary shock); và hấp thụ lực của thân người lái va vào vô lăng do
quán tính (secondary shock).
+ Cơ cấu "gật gù":Cơ cấu "gật gù" cho phép lựa chọn vị trí vơ lăng (theo hướng
thẳng đứng) để thích hợp với vị trí ngồi lái của người lái xe.
Cơ cấu tay lái nghiêng được phân loại thành loại điểm tựa trên và loại điểm tựa
dưới.


11

Hình 1.1.4: Cơ cấu gật gù của trục lái.
+ Cơ cấu trượt: Cơ cấu trượt tay lái cho phép điều chỉnh vị trí vơ lăng về phía
trước hoặc về phía sau cho phù hợp với vị trí, tầm vóc của người lái xe.


12

Hình 1.1.5: Cơ cấu trượt của trục lái.
1.1.4.3. Nguyên lý hoạt động hệ thống lái cơ bản.

- Khi muốn đánh lái sang phải hoặc sang trái người lái quay vành tay lái theo
chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại. Tùy thuộc vào đánh lái nhiều hay ít mà người
lái quay nhiều vịng hoặc ít.
- Vành tay lái quay truyền chuyển động đến trục lái.
- Đầu cuối trục lái được liên kết với cơ cấu lái bằng khớp các đăng.
- Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay từ trục lái thành chuyển động
tịnh tiến và chuyền tới cơ cấu dẫn động.


13
- Cơ cấu dẫn động gồm các khớp nối với bánh xe làm quay bánh xe theo hướng
mong muốn của người lái.
1.2. Hệ thống lái có trợ lực.
1.2.1. Khái niệm hệ thống lái có trợ lực.
- Hệ thống lái có trợ lực là hệ thống lái có khẳ năng tạo 1 lực phụ hỗ trợ lái xe
quay vòng tay lái. Việc trang bị hệ thống trợ lực sẽ mang lại những lợi ích sau:
+ Giảm nhẹ cường độ lao động của người lái: Khi xe có tải trọng lớn hay ở tốc
độ cao việc quay vòng tay lái sẽ rất khó khăn. Hệ thống sẽ hỗ trợ 1 phần lực để
quay vịng tay lái nhẹ nhàng.
+ Nâng cao tính an tồn cho xe nhờ sự chính xác và dễ dàng trong lái xe.
+ Giảm nhẹ những va đập từ đường lên vành tay lái do đường xóc, mấp mơ.
1.2.2. u cầu.
- Bộ trợ lực lái phải đảm bảo lực điều khiển trên bành lái đủ nhỏ để giảm cường
độ lao động nhưng cũng đủ gây cảm giác điều khiển cho người lái.
- Khi hệ thống trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn có thể điều khiển được như hệ
thống lái thông thường.
- Kết cấu đơn giản, dễ sửa chữa.
1.2.3. Thành phần cấu tạo.
- Bất kì trợ lực lái nào cũng có 3 bộ phận chính sau: Nguồn năng lượng, bộ phận
phân phối và cơ cấu chấp hành.

+ Nguồn năng lượng: Cấp năng lượng cho trợ lực có thể là bơm dầu + bình chứa
( đối với loại thủy lực ), ác quy hoặc máy phát ( đối với loại điện ).
+ Bộ phận phân phối: dùng để phân phối năng lượng cung cấp cho cơ cấu chấp
hành và đảm bảo tỷ lệ giữa góc quay của vơ lăng và góc quay của bánh xe. Bộ
phận phân phối có thể là các đường dầu, van hay các mạch điện.
+ Cơ cấu chấp hành dùng để tạo lực tác dụng hỗ trợ cho việc quay vành tay lái.
1.2.4. Hệ thống lái trợ lực thủy lực.


14
1.2.4.1. Các bộ phận chính.

Hình 1.2.1: Cụm bơm của hệ thống lái trợ lực thủy lực
1-Bình chứa; 2-Van điều khiển lưu lượng;
3-Thân bơm; 4- Thiết bị bù khơng tải
- Bình chứa: Chứa và cung cấp dầu trợ lực lái, được lắp trực tiếp vào thân bơm
hoặc tách biệt. Nếu không được lắp trực tiếp thì sẽ được nối với thân bơm bằng 2
ống mềm. Nắp bình chứa có thước đo mức dầu.
- Thân bơm:
+ Bơm thuỷ lực là bộ phận cấu thành bộ trợ lực thuỷ lực. Được dẫn động bởi
động cơ bằng đai và puli, nó có chức năng tạo ra áp suất dầu đủ lớn để cung cấp
cho van phân phối dẫn đến các ngả của xylanh lực hỗ trợ cho quá trình xoay các
bánh xe dẫn hướng.


15
+ Lưu lượng của bơm tỉ lệ với tốc độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào
hộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ 1 van điều khiển lưu lượng và lượng dầu thừa
được đưa trở về đầu hút của bơm.
+ Bơm phiến gạt.

Cấu tạo của loại bơm phiến gạt.

Hình 1.2.2: Hình tháo rời của bơm trợ lực kiểu phiến gạt.
1 - Bình chứa dầu. 4 - Rơto quay. 7 - Cụm van điều tiết.
2 - Van xả khơng khí. 5 - Trục quay. 8 - Vỏ bơm.
3 - Đĩa phân phối. 6 - Phiến gạt. 9 - Nắp bơm.
Bình chứa dầu (1) được dập bằng thép, là nơi chứa dầu chịu áp suất cao cung cấp
cho bơm làm việc. Rôto (4) được lắp chặt với trục (5) bằng then, trên rơto có các
rãnh trong các rãnh có chứa các phiến gạt, các phiến gạt này có thể chạy tự do
trong rãnh và được giới hạn bởi đĩa (3) mặt trong của đĩa có dạng hình ơ van,
mặt ngồi có dạng hình trịn và được cố định với thân bơm (8) bằng bu lông,
thông thường thân bơm được đúc bằng gang. Lưu lượng của bơm được ổn định
băng cụm van điều tiết (7).
- Van điều khiển lưu lượng.


16
Van điều khiển lưu lượng điều chỉnh lượng dòng chảy dầu tư bơm tới hộp cơ cấu
lái, duy trì lưu lượng không đổi mà không phụ thuộc tốc độ của bơm
1.2.4.2. Nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực thủy lực.
- Hệ thống lái có trợ lực sử dụng công suất của động cơ để dẫn động bơm trợ lực
lái tạo áp suất thuỷ lực. Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu
tại van điều khiển. Vì áp suất dầu đẩy pít tơng trong xi lanh trợ lái, lực cần đề
điều khiển vơ lăng sẽ giảm.

Hình 1.2.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống lái trợ lực thủy lực.
- Hoạt động của bơm trợ lực: Rơ to quay trong một vịng cam được gắn chắc với
vỏ bơm. Rơ to có các rãnh đẻ gắn các cánh bơm được gắn vào các rãnh đó. Chu
vi vịng ngồi của rơ to hình trịn nhưng mặt trong của vịng cam hình ơ van do
vậy tồn tại một khe hở giữa rơ to và vịng cam. Cánh gạt sẽ ngăn cách khe hở

này để tạo thành một buồng chứa dầu.


17
Cánh bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của vòng cam bằng lực ly tâm và áp suất
dầu tác động sau cánh bơm, hình thành một phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất từ giữa
cánh gạt và vòng cam khi bơm tạo áp suất dầu.
Dung tích buồng dầu có thể tăng hoặc giảm khi rô to quay để vận hành bơm. Nói
cách khác, dung tích của buồng dầu tăng tại cổng hút do vậy dầu từ bình chứa sẽ
được hút vào buồng dầu từ cổng hút. Lượng dầu trong buồng chứa giảm bên phía
xả và khi đạt đến 0 thì dầu trước đây được hút vào buồng này bị ép qua cổng
xả.Có 02 cổng hút và 02 cổng xả. Do đó, dầu sẽ hút và xả 02 lần trong trong một
chu kỳ quay của rơ to.

Hình 1.2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm.
- Van điều khiển lưu lượng: Lưu lượng của bơm trợ lực lái tăng theo tỷ lệ với tốc
độ động cơ. Lượng dầu trợ lái do pít tơng của xi lanh trợ lực cung cấp lại do
lượng dầu từ bơm quyết định. Khi tốc độ bơm tăng thì lưu lượng dầu lớn hơn cấp
nhiều trợ lực hơn và người lái cần tác động ít lực đánh lái hơn. Nói cách khác,
yêu cầu về lực đánh lái thay đổi theo sự thay đổi tốc độ. Đây là điều bất lợi nhìn
từ góc độ ổn định lái. Do đó, việc duy trì lưu lượng dầu từ bơm không đổi không
phụ thuộc tốc độ xe là một yêu cầu cần thiết. Đó chính là chức năng của van điều


18
khiển lưu lượng.
Thông thường, khi xe chạy ở tốc độ cao, sức cản lốp xe thấp vì vậy địi hỏi ít lực
lái hơn. Do đó, với một số hệ thống lái có trợ lực, có ít trợ lực hơn ở điều kiện
tốc độ cao mà vẫn có thể đạt được lực lái thích hợp.
Tóm lại, lưu lượng dầu từ bơm tới hộp cơ cấu lái giảm khi chạy ở tốc độ cao và

lái có ít trợ lực hơn. Lưu lượng của bơm tăng lên theo mức tăng tốc độ bơm
nhưng lượng dầu tới hộp cơ cấu lái giảm. Người ta gọi cơ cấu này là loại lái có
trợ lực nhạy cảm với tốc độ và nó bao gồm van điều khiển lưu lượng có một ống
điều khiển.
- Thiết bị bù khơng tải: Trong q trình hoạt động khi ta quay vành tay lái hết cỡ
sang phải hay sang trái, lúc này bơm sẽ tạo ra áp suất dầu lớn nhất, phụ tải trên
bơm tối đa sẽ làm giảm tốc độ không tải của động cơ. Để giải quyết vấn đề này
hầu hết trên các bơm trợ lực đều được trang bị thêm thiết bị bù không tải để tăng
tốc độ không tải của động cơ.
1.2.5. Hệ thống lái trợ lực điên.
- 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 lơgíc tốn 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


19
mà cịn 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 (mơmen, vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một mơtơ.
Tín hiệu đầu ra từ mỗi cảm biến được đưa tới ECU có chức năng tính tốn chế
độ điều khiển lái để điều khiển hoạt động của môtơ trợ lực.
- Trợ lái thuỷ lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thuỷ lực và tạo
mômen trợ lực, do vậy làm tăng phụ tải động cơ, dẫn đến tốn nhiên liệu mà hệ
thống trợ lực điện dùng mô tơ điện nên không cần công suất động cơ và làm cho
việc tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn.
- Ta có 2 kiểu bố trí mơ tơ điện: + Bố trí trên trục lái.
+ Bố trí trên cơ cấu lái.
1.2.5.1. Sơ đồ.

Hình 1.2.5: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện.
1.2.5.2. Các bộ phận chính.
- Động cơ điện.


20
Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụng loại
động cơ điện một chiều, nó bao gồm rơto, stato, trục chính và cơ cấu giảm tốc.
Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít, mơ men do rơto động cơ điện tạo
ra được truyền tới cơ cấu giảm tốc sau đó được truyền tới trục lái chính. Trục vít
được đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn và tăng tuổi thọ làm việc, khớp nối đảm bảo
cho việc nếu động cơ bị hư hỏng thì trục lái chính và cơ cấu giảm tốc khơng bị
khóa cứng lại và hệ thống lái vẫn có thể hoạt động được
- Cảm biến, rơle điều khiển.
- Cảm biến mô men quay trục lái.
Cấu tạo của cảm biến mô men trục lái. Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô
men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính.
Người ta bố trí vịng phát hiện một và hai trên trục sơ cấp phía vơ lăng và vòng

phát hiện thứ ba trên trục thứ cấp. Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhau
bằng một thanh xoắn.
Các vịng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu khơng tiếp xúc trên vịng ngồi
để hình thành một mạch kích thích. Khi tạo ra mơ men lái thanh xoắn bị xoắn tạo
ra độ lệch pha giữa vòng phát hiện thứ hai và ba. Dựa trên độ lệch pha này một
tín hiệu tỉ lệ với mơ men được đưa vào ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU tính
tốn mô men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ điện với một cường độ,
chiều và thời điểm cần thiết.
- Rơle điều khiển.
Rơle điều khiển có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và cung cấp điện
cho động cơ điện một chiều hoạt động và ngắt điện ngừng quá trình trợ lực.
ECU EPS: ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá chung tình trạng
của xe và quyết định dịng điện cần thiết để đưa vào động cơ điện một chiều để
trợ lực.
ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đưa tới ECU EPS.


21
ECU động cơ nhận biết tốc độ của động cơ và đưa tới ECU EPS.
Trong trường hợp hệ thống có sự cố ECU EPS sẽ gửi tín hiệu tới rơle bật sáng
đèn trên trên đồng hồ táp lô.
1.2.6. Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái trợ lực thủy
lực.
- Hệ thống trợ lực điện có kết cấu đơn giản, gồm ECU, mơ tơ điện và các cảm
biến. Hệ thống trợ lực thủy lực gồm bơm dầu,van và các đường dầu phức tạp.
- Hệ thống lái trợ lực điện đảm bảo được sự chính xác, nhẹ nhàng.
- Bơm dầu của hệ thống lái trợ lực thủy lực được dẫn động từ động cơ do đó tiêu
hao cơng suất động cơ. Cịn mơ tơ điện của hệ thống trợ lực điện dùng điện từ ắc
quy hoặc máy phát.
- Hệ thống lái trợ lực thủy lực phức tạp do đó sửa chữa khó khăn. Nhiều hư hỏng

do đường dẫn dầu, rò rỉ dầu trợ lực
Chương 2: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHUNG CỦA 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
Các phần tử chính cua trợ lực lái điện gồm có: Mơ 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 mơ 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.


22
- 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 Mơ tơ điện có các đặc điểm:
- Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản.
- Lực, mơ 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
thơng tin để điều khiển mơ tơ.
u cầu đối với ECU gồm có:
- Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dịng điện mơ tơ). Các

chức năng này gồm có:
(1) Điều khiển được dịng điện cấp cho Mơ tơ theo qui luật xác định
Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dịng điện cấp cho Mơ tơ ) theo tốc độ xe và
mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong tồn dải tốc độ xe.
(2) Điều khiển bù
Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dịng điện cấp cho Mơ 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 vịng bằng cách bù dịng điện mơ tơ.
(4) điều khiển tụ
Khi ơ tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lên
vành lái ở vị trí đang quay vịng (ví dụ, trong khi chuyển làn đường) bằng cách
bù dịng điện cấp cho mơ tơ làm cho vành lái có thể dễ dàng trở về vị trí thẳng .


23
(5) Tối đa dịng điện cấp cho mơ tơ.
Giới hạn dịng điện của mơ 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 đốn 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 điều
khiển các chức năng EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng của sự sai lệch và cảnh báo
cho người lái xe. Ngồi ra, nó cịn 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 mơ men lái

hoặc tốc độ đánh lái. Đa phần hiện nay sử dụng cảm biến mơ men lái. Các cảm
biến này có hai loại chính là có tiếp điểm và khơng có tiếp điểm. Ưu điểm của
loại khơng tiếp điểm là : khơng bị mịn 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 trũ 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 ơ tơ).


24

Hình 2.1.1: Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện
1- Dịng cấp mơ tơ; 2- Tốc độ mơ tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái; 6- Điều
khiển dịng tối đa cho mơ tơ; 7- Điều khiển bù rung động; 8- Điều khiển phục
hồi; 9- Điều khiển bù; 10- Điều khiển chính; 11- Dịng đích; Hạn chế dịng cấp
áp tối đa ra mơ tơ; 13- Điều khiển dịng cấp ra mơ tơ; 14- Dịng cấp cho mơ tơ
Ngồi ra các bản đồ náy 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 chon. 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.


25

Hình 2.1.2: 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 tốn đên ECU
Bước 3.

Cảm biến góc quay của vơ lăng sẽ thơng 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

vơ lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong ECU, EPS ECU sẽ tính
tốn lực trợ lực cần thiết và gửi đến động cơ điện.
Bước 5.

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

lực đặt lên vành lái.