Thiết kế, mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện bằng phần mềm inventor

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Hưng yên, ngày…..tháng…..năm 2013
Giáo viên hướng dẫn

I


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

..................................................................................................................................
Hưng yên, ngày…..tháng…..năm 2013
Giáo viên phản biện

II


MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................................... III
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ......................................................1
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC...............................................10
TA PHẢI XÁC ĐỊNH ĐƯỢC TRẠNG THÁI CHUYỂN ĐỘNG CỦA TỪNG NHÓM CHI TIẾT
ĐỂ TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CHO CHÚNG..................................................53
KẾT LUẬN ....................................................................................................................................... 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU
III


DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................................................ III
BẢNG 2.1: BẢNG CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE HONDA CIVIC.............................10
BẢNG 3.1: CÁC LỆNH 2D SKETCH VẼ THÔNG THƯỜNG...................................................32
BẢNG 3.2: CÁC LỆNH TRONG MÔI TRƯỜNG 3D...................................................................33
BẢNG 3.4: CÁC LỆNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG STANDARD.IDW........................36

IV


DANH MỤC HÌNH VẼ
HÌNH 1.1: HỆ THỐNG LÁI............................................................................................................... 1

HÌNH 1.2: BIẾN DẠNG CỦA LỐP................................................................................................... 3
HÌNH 1.3: GÓC CASTER VÀ KHOẢNG CASTER.........................................................................4
HÌNH 1.4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC.......................................5
HÌNH 1.5: SƠ ĐỒ CẤU TẠO HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC......................................5
HÌNH 1.6: SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIÊN BỐ TRÍ TRÊN TRỤC LÁI.....................7
HÌNH 1.7: SƠ ĐỒ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN.......................8
HÌNH 2.1: SƠ ĐỒ ĐẶT BÁNH XE DẪN HƯỚNG......................................................................12
HÌNH 2.2: SƠ ĐỒ LỰC NGANG TÁC DỤNG LÊN BÁNH XE KHI QUAY VÒNG.................12
- ĐƯỜNG KÍNH TRONG: DTL = 17 (MM)
HÌNH 2.3: MẶT CẮT TRỤC LÁI
............................................................................................................................................................ 20
HÌNH 2.5: ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CƯỜNG HOÁ........................................................................... 23
HÌNH 2.6: ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN MOTOR ĐIỆN.................................................................25
HÌNH 3.1: KHỞI ĐỘNG INVENTOR 2011................................................................................28
HÌNH 3.2: GIAO DIỆN SAU KHI KHỞI ĐỘNG INVENTOR....................................................28
HÌNH 3.3: GIAO DIỆN CỦA MENU FILE....................................................................................29
HÌNH 3.4: GIAO DIỆN CỦA MENU VIEW.................................................................................. 29
HÌNH 3.5: GIAO DIỆN CỦA MENU TOOLS................................................................................ 29
HÌNH 3.6: GIAO DIỆN MENU HELP........................................................................................... 29

V


HÌNH 3.7: GIAO DIỆN THANH CÔNG CỤ VẼ SKETCH...........................................................30
HÌNH 3.8: GIAO DIỆN THANH CÔNG CỤ VẼ 3D.....................................................................30
HÌNH 3.9: GIAO DIỆN THANH CÔNG CỤ LẮP GHÉP.............................................................30
HÌNH 3.10: KHỞI ĐỘNG MÔI TRƯỜNG VẼ PHÁC THẢO....................................................31
HÌNH 3.11: GIAO DIỆN MÔI TRƯỜNG STANDARD .............................................................31
HÌNH 3.12: KHỞI ĐỘNG MÔI TRƯỜNG LẮP GHÉP..............................................................35
HÌNH 3.13: GIAO DIỆN CỦA MÔI TRƯỜNG LẮP GHÉP.......................................................35

BẢNG 3.3: CÁC LỆNH CƠ BẢN TRONG MÔI TRƯỜNG LẮP GHÉP....................................35
HÌNH 3.14: KHỞI ĐỘNG MÔI TRƯỜNG STANDARD.IDW..................................................36
HÌNH 3.15: GIAO DIỆN CỦA MÔI TRƯỜNG STANDARD.IDW...........................................36
HÌNH 3.16: KHỞI ĐỘNG PHẦN MỀM INVENTOR..................................................................37
HÌNH 3.17: VÀO MÔI TRƯỜNG VẼ STANDARD.IPT............................................................38
HÌNH 3.18: GIAO DIỆN CỦA MÔI TRƯỜNG VẼ PHÁC THẢO.............................................38
HÌNH 3.19: GIAO DIỆN VẼ BIÊN DẠNG 2D CỦA THANH RĂNG.........................................39
HÌNH 3.20: DÙNG LỆNH EXTRUDED TẠO KHỐI BIÊN DẠNG 20MM DÀI 1000MM 39

HÌNH 3.21: DÙNG LỆNH EXTRUDED TẠO KHỐI BIÊN DẠNG 25MM...........40
HÌNH 3.22: DÙNG LỆNH EXTRUDED TẠO KHỐI BIÊN DẠNG 40MM DÀI
600MM.............................................................................................................................................. 40
HÌNH 3.23: TẠO GEN CHO 2 ĐẦU THANH RĂNG..................................................................41
HÌNH 3.24:THANH RĂNG ĐƯỢC HOÀN THÀNH...................................................................41
HÌNH 3.25: VÀO MÔI TRƯỜNG VẼ STANDARD.IPT............................................................42

VI


............................................................................................................................................................ 42
HÌNH 3.26: TẠO BIÊN DẠNG 2D CHO MÔ TƠ........................................................................42
SAU ĐÓ TA REVOLVE CÁC BIÊN DẠNG TRÒN NHƯ HÌNH VẼ DƯỚI ĐÂY:....................42
............................................................................................................................................................ 43
HÌNH 3.27: TẠO KHỐI CHO 1 VÀI BIÊN DẠNG THÂN MÔ TƠ...........................................43
TIẾP THEO TA REVOLVE THÊM CÁC BIÊN DẠNG ĐƯỢC NHƯ HÌNH VẼ DƯỚI ĐÂY: 43
............................................................................................................................................................ 43
............................................................................................................................................................ 44
HÌNH 3.28: TẠO KHỐI BIÊN DẠNG PHÍA TRƯỚC THÂN MÔ TƠ.....................................44
TA ĐI VÀO HOÀN THIỆN HÌNH DẠNG VÀ KẾT CẤU CỦA MƠ TƠ TRỢ LỰC:.................44
............................................................................................................................................................ 44

HÌNH 3.29: MÔ TƠ TRỢ LỰC LÁI ĐƯỢC HOÀN THIỆN......................................................44
HÌNH 3.30: MÔ HÌNH ĐÒN KÉO NGANG................................................................................. 45
HÌNH 3.31: CHỌN VẬT LIỆU CHO ĐÒN KÉO NGANG LÀ THÉP.........................................46
HÌNH 3.32: TẠO RÀNG BUỘC..................................................................................................... 46
HÌNH 3.33: ĐẶT LỰC TÁC DỤNG............................................................................................... 47
HÌNH 3.34: TẠO LƯỚI CÁC PHẦN TỬ..................................................................................... 47
HÌNH 3.35: XUẤT KẾT QUẢ....................................................................................................... 48
HÌNH 3.36: ĐIỂM CHỊU ỨNG SUẤT LỚN NHẤT VÀ NHỎ NHẤT.......................................48
HÌNH 3.37: KẾT QUẢ TÍNH BỀN BÁNH RĂNG.......................................................................49
HÌNH 3.38: KHỞI ĐỘNG MÔI TRƯỜNG LẮP RÁP.................................................................50

VII


HÌNH 3.39: GIAO DIỆN MÔI TRƯỜNG LẮP RÁP...................................................................50
HÌNH 3.40: SƠ ĐỒ CÁC CHI TIẾT HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN.................................51
SAU KHI GỌI CÁC CHI TIẾT RA RÙI TA TIẾN HÀNH LẮP RÁP..........................................51
CLICK CHUỘT VÀO BIỂU TƯỢNG ĐỂ CHỌN KIỂU LẮP GHÉP GIỮA CÁC CHI TIẾT....51
GIAO DIỆN CỦA CONSTRAIN NHƯ HÌNH DƯỚI:...................................................................51
............................................................................................................................................... 51
HÌNH 3.41: CÁC KIỂU LẮP GHÉP CỦA CONSTRAIN.............................................................51
HÌNH 3.42: SƠ ĐỒ LẮP RÁP CƠ CẤU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN............................52
HÌNH 3.43: GIAO DIỆN MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG................................52
SAU ĐÓ CLICK VÀO BIỂU TƯỢNG ĐỂ GỌI HỆ THỐNG VỪA LẮP RÁP ĐỂ TIẾN HÀNH
MÔ PHỎNG...................................................................................................................................... 52
CỬA SỔ CỦA HỆ THỐNG NHƯ HÌNH DƯỚI ĐÂY:..................................................................53
............................................................................................................................................................ 53
HÌNH 3.44: CỬA SỔ CỦA CREAT VIEW................................................................................... 53
TA GỌI TÊN FILE RA VÀ TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG................................................................53
............................................................................................................................................................ 53

HÌNH 3.45: GIAO DIỆN CỦA MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG.......................53
HÌNH 3.46: CỬA SỔ CỦA TWEAK COMPONENT ...................................................................53
HÌNH 3.47: CỬA SỔ CỦA ANIMATION...................................................................................... 54

VIII


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

1
2
3
4

Chữ
viết tắt
Mc
M2
M3
Gbx

Mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra
Mômen cản quay vòng khi có lực ngang Y
Mômen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang β của trụ quay đứng
Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

5

f

Hệ số cản lăn

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

Rbx
λ
Ro
β
γ
δ
α

20
21
22
23

Pvl’
α
σcd
σu

Bán kính làm việc của bánh xe
Hệ số biến dạng lốp
Với lốp áp suất thấp
Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe
Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe
Góc chụm của bánh xe dẫn hướng
Góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng.
Mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái
Tỷ số truyền của dẫn động lái
Hiệu suất thuận của cơ cấu lái
Bán kính vành tay lái
Lực tác dụng lên vành tay lái khi trợ lực không làm việc
Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có trợ lực
Lực để thắng cản ma sát và lực ép dầu tuần hoàn trong hai khoang
của xi lanh lực
Hệ số tăng tải của hệ thống lái khi trợ lực không làm việc
Ứng suất chèn dập
Ứng suất uốn

TT

Mcvl
ic
id

ηt
Rvl
P”vl
Pvl

Tên đầy đủ

IX


LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhà nước ta chủ
trương đẩy mạnh nghành công nghiệp ôtô và đã có 14 liên doanh ôtô Việt Nam
hoạt động và đã đưa ra thị trường nhiều loại xe có chất lượng cao, ứng dụng các
tiến bộ khoa học và công nghệ tiên tiến. Trong đó hệ thống lái ôtô là một ví dụ.
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 vòng của bánh xe dẫn
hướng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an
toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với xe có tốc độ
cao. Do đó người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của
nó. Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện và
nghiên cứu đồ án tốt nghiệp với đề tài:
“Thiết kế, mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện bằng phần mềm Inventor”.
nhằm mục đích giảm cường độ cho người lái, làm tăng thêm tính cơ động và độ
an toàn chuyển động của xe. Đây là một lĩnh vực khá mới mẻ, phức tạp đòi hỏi
các kiến thức về điện tử - tin học, cơ điện tử và chưa có nhiều tài liệu tham khảo.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo thuộc bộ môn công nghệ ô tô
trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Hưng Yên và đặc biệt là thầy giáo Phạm Văn
Kiêm đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài này. Tuy
nhiên, do lần đầu làm công tác thiết kế, thời gian lại có hạn nên không tránh

khỏi những thiếu sót. Kính mong sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và các bạn
để em hiểu rõ hơn.
Hưng Yên, ngày tháng năm 2013
Sinh viên

Nguyễn Hữu Tuân

X


XI


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển
động của ô tô khi cần thiết.Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách:
+ Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng.
+ Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động.
+ Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên.

Hình 1.1: Hệ thống lái
Hệ thống lái có nhiều loại, thông thường bao gồm các bộ phận chính như:
Vành lái: là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp của
người điều khiển.
Cơ cấu lái: là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ôtô đảm
nhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái
Dẫn động lái: bao gồm đòn quay đứng, đòn kéo dọc, hình thang lái, đòn quay
ngang, có nhiệm vụ liên kết cơ cấu lái với bánh xe và dẫn động cho bánh xe dẫn

hướng
Trợ lực lái: Trợ lực lái có thể có hoặc không. Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng
của người lái bằng nguồn năng lượng từ bên ngoài. Nó thường được sử dụng trong các
xe có tải trọng vừa và lớn
1.1.2. Phân loại

1


Tuỳ thuộc yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành các loại sau:
 Theo cách bố trí vành lái
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ô tô)
được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt Nam và một số
nước khác.
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ô tô)
được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuỵ
Điển, …
 Theo số lượng cầu dẫn hướng
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.
 Theo kết cấu của cơ cấu lái
- Cơ cấu lái loại trục vít – bánh vít.
- Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng.
- Cơ cấu lái loại trục vít – con lăn.
- Cơ cấu lái loại trục vít – chốt quay.
- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng).
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ – thanh răng.
 Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hoá
- Hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực.

- Hệ thống lái có trợ lực khí nén.
- Hệ thống lái có trợ lực liên hợp.
1.1.3. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
+ Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí
trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 15 0 khi có trợ
lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc
và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt, trong một khoảng
thời gian ngắn, trên một diện tích bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp,
tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe.

2


- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp
chướng ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng
(Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150 ÷ 200 N;
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn
hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay
của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.

1.2.

Tính dẫn của ô tô hướng

Tính dẫn hướng của ô tô là khả năng giữ được hướng chuyển động của ô tô
theo góc quay vành lái khi chịu tác dụng của các lực và mômen ngoại cảnh. Khi thực
hiện quay vòng thì yêu cầu đặt ra đối với hệ thống lái là phải đảm bảo động lực chuyển
động và quay vòng xe, người lái quay vành tay lái thông qua dẫn động lái và cơ cấu lái
làm bánh xe dẫn hướng quay đi một góc.
Quỹ đạo chuyển động của ô tô liên quan đến tính dẫn hướng của xe. Sự chuyển
động của ôtô trên đường phụ thuộc vào rất nhiều mối quan hệ của bánh xe với nền
đường. Khi chuyển động trên các đường xá khác nhau cùng với việc sử dụng lốp đàn
hồi đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như độ ổn định của ô tô.
Khi đó, tại bánh xe luôn xuất hiện góc lăn lệch (biến dạng bên) do chịu đồng thời lực
kéo và lực bên. Hình 1.2 thể hiện biến dạng của lốp khi chịu tác động của lực ngang,
biến dạng bên này làm sai lệch quỹ đạo chuyển động. Để khắc phục hiện tượng này thì
trong hệ thống lái cần phải bố trí cơ cấu để bù được sự biến dạng của lốp.

.
Hình 1.2: Biến dạng của lốp
. Đối với hệ thống lái trên ôtô một trong những đặc điểm khác so với hệ thống
lái lắp trên các phương tiện khác là sau khi thực hiện quay vòng, người lái không cần
tác động lực lên vành lái mà các bánh xe dẫn hướng có khả năng tự động quay về

3


trạng thái chuyển động thẳng. Điều này được thực hiện nhờ mômen trả lái về M sat,
mômen này xuất hiện đầu tiên là do các quan hệ hình học trong hệ thống lái, đặc biệt
là góc Caster được thể hiện trên hình 1.3, sau đó là do khi quay vòng xuất hiện lực
ngang, lực ngang này làm biến dạng lốp cao su, sự biến dạng đàn hồi này làm cho xuất

hiện mômen để lốp trở về trạng thái ổn định.

Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster
Để tăng tính an toàn chuyển động, người ta tăng diện tích tiếp xúc của lốp với
mặt đường, đồng thời giảm áp suất lốp. Nhưng như vậy cũng đồng nghĩa với việc cần
phải đánh lái với một lực lớn hơn. Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và
tăng tính an toàn cho hệ thống điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ
lực lái.

1.3.

Các hệ thống có trợ lực lái

Người điều khiển
Hệ thống lái
Bánh xe
Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và tăng tính an toàn cho hệ thống
điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ lực lái.

Trợ lực lái

4


Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực
Yêu cầu đặt ra đối với trợ lực là:
+ Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được.
+ Trợ lực lái phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản của mặt đường khi quay vòng.
Điều này đồng nghĩa với khả năng trợ lực cần tăng cao khi mô men cản quay vòng lớn
và ngược lại khả năng trợ lực cần giảm khi xe chuyển động với tốc độ cao.

Hệ thống lái trợ lực trên xe hiện đại có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thủy lực,
trợ lực điện.
1.3.1. Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ trợ lực sử dụng một phần công suất động cơ
để tạo ra áp suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để
chuyển hướng chuyển động của ô tô. Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường
dầu tại van điều khiển.

Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực

5


Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm dầu trợ lực (bơm cánh gạt), van điều khiển, xy lanh
lực.

Ưu nhược điểm của hệ thống:
Thông qua đặc điểm làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực ta thấy hệ thống có các
ưu điểm, nhược điểm là như sau:
+ Ưu điểm:
Với hệ thống lái trợ lực thuỷ lực đã giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so với hệ
thống lái không có trợ lực vì có thêm trợ lực tác động của piston-xy lanh lực lên thanh
răng do áp suất dầu của bơm trợ lực gây ra. Trong trường hợp xe bị nổ lốp hoặc xì hơi
thì hệ thống đảm bảo được an toàn về hướng trong quá trình chuyển động
+ Nhược điểm:
Trong hệ thống lái trợ lực thuỷ lực, nguồn năng lượng trợ lực được tạo thành do sự
làm việc bơm dầu mà bơm dầu lại được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ, sử dụng
một phần công suất của động cơ. Trong quá trình chuyển động, ngay cả khi xe chuyển
động thẳng thì bơm dầu vẫn làm việc, điều này gây lãng phí công suất động cơ trong
khi hệ thống lái không cần nguồn trợ lực. Để đảm bảo được áp suất dầu trợ lực thì hệ

thống cần yêu cầu về độ kín khít cao ở trên đường ống, van do đó thường xuyên phải
kiểm tra sự rò rỉ dầu trong hệ thống lái. Hệ thống làm việc ồn do tiếng kêu của bơm
dầu và dầu chảy qua các đường ống, van. Ngoài ra, dầu trợ lực lái khi thải ra còn là
nguồn chất thải gây ô nhiểm môi trường.

Hạn chế.
Hệ thống trợ lực thủy lực mới chỉ đáp ứng được công dụng trợ lực cho người lái điều
khiển nhẹ nhàng nên hệ thống còn có những hạn chế sau đây:
+ Hệ thống làm việc theo 2 thông số là momen va góc quay trục lái do người điều
khiển tác dụng nên chỉ đáp ứng được mặt trợ lực mà chưa đáp ứng được tỉ số truyền
lực thay đổi theo tốc độ của xe.
+ Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực là áp suất và lưu lượng của bơm phụ thuộc vào tốc độ
động cơ. Trong trường hợp xe chuyển động ở tốc độ thấp, quay vòng ngoặt, lúc này
cần trợ lực lớn, tuy nhiên do tốc độ động cơ thấp, áp suất trong hệ thống thuỷ lực nhỏ
ảnh hưởng đến chất lượng trợ lực. Khi xe ôtô chuyển động ở tốc độ cao, lưu lượng và
áp suất của bơm trợ lực lớn, trong khi điều khiển lái ở tình trạng này lại chỉ cần yêu
cầu trợ lực nhỏ.
+ Về mặt tỷ số truyền động học bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỷ số truyền
thấp để người lái quay vòng hiệu quả và ở tốc độ cao cần có tỷ số truyền động học cao
vì lúc này mức phản ứng của xe rất nhạy nhưng hệ thống chưa đáp ứng được.
+ Trong khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều vòng.

6


+ Khi hệ thống trợ lực bị hỏng, lực điều khiển sẽ nặng hơn hệ thống không có trợ lực,
vì lúc này còn phải thắng lực cản do dầu chuyển động trong hệ thống gây ra.
1.3.2. Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện tạo mômen trợ lực nhờ môtơ trợ lực vận hành lái và
giảm lực đánh lái.

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái.
1: ECU điểu khiển;
2: Mô tơ trợ lực;
3: Cảm biến mô men.
Các bộ phận cơ bản của hệ thống lái trợ lực điện:
+ ECU điều khiển: ECU tiếp nhận các thông số tín hiệu của cảm biến mô men,
cảm biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính toán và điều khiển
mô tơ trợ lực
+ Mô tơ trợ lực: Mô tơ trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít – bánh
vít và được điểu khiển bằng ECU, mô tơ có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác
nhau tùy theo mức độ đánh lái của người lái và mô men cản quay vòng.
+ Cảm biến mô men: cảm biến mô men được gắn vào phía trong trục lái, dựa
vào hiệu ứng Hall để đưa ra điện áp tùy thuộc vào mô men đánh lái và mô men cản.
Điện áp ra của cảm biến sẽ được gửi vào ECU để điều khiển mô tơ trợ lực.
 Nguyên lý hoạt động:

7


Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện
Từ hình trên ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là ECU tiếp nhận
các tín hiệu chính: tín hiệu đưa vào từ cảm biến mômen của trục lái và tín hiệu của
cảm biến tốc độ của xe, tín hiệu B + , chế độ không tải để tính toán điều khiển mô tơ trợ
lực phù hợp với điều kiện lái. Lực đánh lái càng lớn thì mô tơ trợ lực càng nhiều,
nhưng mô men trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng dần.
+ Trạng thái quay vòng: khi người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiện
hiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men thay đổi điện áp
tùy theo chiều quay và độ lệch tương đối giữa hai đầu thanh xoắn sau đó truyền tín
hiệu về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính toán

ra dòng điện điều khiển và chiều quay của mô tơ trợ lực cho phù hợp.
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không được tác động do đó không có hiện tượng
xoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men không thay đổi điện áp, vì thế
ECU không điều khiển mô tơ trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên.
 Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện:
Ta thấy hệ thống lái trợ lực thủy lực làm việc dựa trên hai thông số momen và góc
quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: tốc độ xe,
momen trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục lái vì vậy có nhứng
ưu điểm của hệ thống trợ lực như sau:
+ Ưu điểm;
Tạo ra được tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe: Xe ở tốc
độ thấp thì tỉ số tryền nhỏ và ngược lại xe ở tốc độ cao thì tỉ số truyền lớn. là momen

8


trợ lực của động cơ điện được điều khiển thay đổi theo tốc độ của oto vì vậy ưu điểm
lớn nhất của hệ thống lái này là momen trợ lực của động cơ điện thay đổi phù hợp theo
tốc độ của xe.
So với trợ lực thủy lực thì hệ thống lái trợ lực điện không sử dụng bơm dầu để tạo ra
năng lượng trợ lực mà sử dụng một motor điện một chiều, do đó giảm tổn hao nhiên
liệu từ 2-3%.
Hệ thống không sử dụng các đường ống dẫn và van phức tạp như hệ thống lái trợ lực
thuỷ lực.
Làm việc êm hơn vì không có tiếng kêu của bơm trợ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn
nhưng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lượng của hệ thống được giảm đáng kể so với trợ
lực thủy lực.
Với việc sử dụng motor điện một chiều, hệ thống lái trợ lực điện dễ dàng điều
khiển được chiều quay của motor điện cũng như dễ dàng thay đổi mômen xoắn của
motor bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cấp vào motor.

Khi trợ lực điện hỏng thì lực điều khiển của người lái chỉ như xe không có trợ lực chứ
không nặng như trưởng hợp hỏng trợ lực thủy lực do có sức cản của dầu thủy lực.
+ Nhược điểm:
Kết cấu chế tạo phức tạp và có giá thành cao, chịu va đập kém.

Đánh giá:
Ngoài những ưu điểm vượt trội khi so sánh với hệ thống lái trợ lực thủy lực thì hệ
thống lái trợ lực điện đã đáp ứng được yêu cầu về tỉ số truyền lái thay đổi. Đây là một
yêu cầu rất quan trọng và đặc biệt là đối với các xe ôtô hiện đại ngày nay. Nhờ việc dễ
dàng thay đổi tỉ số truyền lái mà hệ thống lái trợ lực điện giúp nâng cao tính năng an
toàn chuyển động của xe khi xe đi ở tốc độ cao, ngoài ra hệ thống còn giúp cho người
lái dễ dàng điều khiển xe khi xe đi vào những đường hẹp, yêu cầu quay vòng với bán
kính nhỏ.

9


CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC
2.1. Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic
Bảng 2.1: Bảng các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic

STT Thông số

Trị số và đơn vị

1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12

Loại động cơ
Trọng lượng không tải
Trọng lượng toàn tải
Hộp số
Kiểu xi lanh
Dung tích xi lanh
Chiều dài cơ sở
Chiều dài toàn bộ
Chiều cao của xe
Chiều rộng của xe trước/sau
Chiều rộng cơ sở
Khoảng cách sáng gần xe

13
14

Bán kính quay vòng tối thiểu
Dung tích bình nhiên liệu

1.8L AT
1240 KG
1615 KG

5 số tự động
1.8 lít siêu tăng áp
1799 cc
2700 mm
4525 mm
1450 mm
1500x1530 mm
1755 mm
170 mm
5.8 m
50 lít

Phanh - Giảm sóc - Lốp xe
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

33
34
35
36
37

Phanh trước
Phanh sau
Giảm xóc trước
Giảm xóc sau
Lốp xe
Vành mâm xe
Động cơ
Đường kính xi lanh
Hành trình pit-tông
Tỉ số nén
Tăng tốc từ 0-100 Km
Tốc độ tối đa
Hệ thống lái
Kiểu lái
Momen xoắn cực đại
Công suất cực đại
Loại nhiên liệu
Hệ thống nạp nhiên liệu
Mức tiêu hao nhiên liệu
Tiêu chuẩn khí thải
Số cửa
Số chỗ ngồi

Đĩa tản nhiệt

Phanh đĩa
Độc lập/lò xo
Tay đòn kép/lò xo
195 / 65R15 / 2.1
Lazang đúc-15 inch
4 xi lanh thẳng hàng SOHC i-VTEC
81 mm
87.3 mm
12:1
10 (s)
200 (km/h)
Dẫn động cầu trước
Trợ lực điện tử
174/4300 Nm
103/6300 Kw/rpm
Xăng
EFI: Phun nhiên liệu điện tử
10 lít/100Km
EURO 3
4
5

10


2.2. Tính toán động lực học
Việc tính toán động lực học là nhằm mục đích phân phối tỷ số truyền của cơ
cấu lái, làm tăng độ tin cậy cho ô tô khi tham gia giao thông, đông thời làm phù hợp
với tốc độ của ô tô.
2.2.1. Tính mômen cản quay vòng

Mômen cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định khi ô tô quay
vòng trên đường nhựa khô và đủ tải. Mômen cản quay vòng lớn nhất khi xe chạy trên
đường xấu, mặt đường nghiêng hoặc xe quay vòng tại chỗ.
Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:
M c = ( M 1+ M 2 + M 3 ).

1
η

(2 - 1)

Trong đó:
Mc – mômen cản quay vòng tổng cộng;
M1 – mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra;
M2 – mômen cản quay vòng khi có lực ngang Y;
M3 – mômen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang β của trụ quay
đứng.
2.2.2. Xác định mômen cản quay vòng M1 do lực cản lăn gây ra
Mômen cản quay vòng M1 sinh ra là do trong quá trình quay vòng mômen này gây nên
bởi lực cản lăn của bánh xe với mặt đường. Mômen này tác động lên đòn quay, qua cơ
cấu lái tác dụng lên vành tay lái. Về trị số nó được xác định bằng công thức sau:
M1 = Gbx.f.e
(2 - 2)

11


Hình 2.1: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng
Trong đó:
Gbx – tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

Gbx=Gxe/4=1240/4=310 KG
f – hệ số cản lăn, chọn f = 0,02
e – cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hướng, e=130 mm = 0,13 m.
Vậy ta có: M1 = 310 . 0,02 . 0,13 = 0,806 (KG.m)
2.2.3. Xác định mômen cản M2 do các lực ngang gây ra
Khi quay vòng sẽ xuất hiện lực ngang Y. Tổng hợp các lực thành phần của lực
ngang sẽ dịch chuyển về phía sau so với tâm vết tiếp xúc một đoạn là x. Giá trị của x
thừa nhận bằng 1/4 chiều dài vết tiếp xúc.

r

0

rbx
x
Y
Hình 2.2: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng
Vậy ta có công thức sau:
x = 0,5 r 2 − Rbx2

(2-3)

Trong đó:
r – bán kính tự do của bánh xe, r = ( B + d / 2 )
Víi b¸nh xe cã cì lèp lµ: 195/65R15 / 2.1
Víi B lµ chiÒu cao lèp : B = 0,65.195 =126,75 (mm)
Víi d lµ ®êng kÝnh vµnh b¸nh xe : d = 15 (ins) = 15.25,4 = 381 (mm)
⇒ r=(126,75+381/2)= 317,25 (mm)
Rbx – bán kính làm việc của bánh xe
Rbx = λ . Ro

Với: λ - hệ số biến dạng lốp, chọn λ = 0,93

12


Ro – với lốp áp suất thấp
Vậy ta có:
Rbx=0,93.317,25=295 (mm)
Thay các giá trị váo công thức (2 - 6) ta có:
x=0.5.

=58,36 (mm)=0,05836 (m)

Mômen cản M2 do bánh xe trượt lê được tính theo công thức:
M2 = Gbx . ϕY . x

(2 - 4)

Trong đó:
ϕY – hệ số bám ngang, chọn ϕY = 0,7
Vậy ta có: M2 = 310 . 0,7 . 0,05836 = 12,66 (KG.m)
Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng, người ta làm các góc đặt bánh xe:
β - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe
γ - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe
δ - góc chụm của bánh xe dẫn hướng
α - góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng.
Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhưng chung lại làm xuất hiện
mômen cản M3. Trong tính toán giá trị mômen cản M3 được kể đến bởi hệ số χ.
Như vậy, tổng mômen quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định bằng công
thức:

2( M 1 + M 2 ) χ
Mc =
(2 – 5)
η
Trong đó:
χ - hệ số tính đến ảnh hưởng của M 3 do đầu trước của ô tô bị nâng lên
khi lái, χ = 1,07 ÷ 1,15. Ta chọn χ = 1,1.
η - hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối
trong chuyển động lái, với xe thiết kế có một cầu dẫn hướng ở phía trước, η = 0,05 ÷
0,7. Ta chọn η = 0,7.
Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (3 – 8) ta có:
Mc=

=42,32 KG.m

Vậy Mc =42,32 KG.m
2.2.4. Tính mômen cản quy dẫn tới vành tay lái

13


Ta có công thức:

M cvl =

Mc
ic .i d .ηt

(2 – 6)

Trong đó:

Mcvl – mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
ic – tỷ số truyền cơ cấu lái, ic = 23,4
id – tỷ số truyền của dẫn động lái, chọn id=0,95
ηt - hiệu suất thuận của cơ cấu lái, chọn ηt = 0,72.
Thay các giá trị trên vào công thức (2 – 9), ta có:
Mcvl=

=

=2,64 (KG.m)

Vậy Mcvl = 2,64 KG.m
* Lực tác dụng lớn nhất của người lái lên vành tay lái khi chưa có trợ lực:
M cvl

Pvl max = R
vl

(2 – 7)

Với: Rvl – bán kính vành tay lái, Rvl = 0,25 m
Mcvl – mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
Mcvl = 2,76 KG.m
Vậy ta có:
Pvlmax=

=

=10,56 (KG)

Như vậy, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe là rất lớn,
sẽ gây mệt mỏi cho người lái. Vì vậy, để khắc phục nhược điểm trên cần thiết phải cải
tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có cường hoá. Nhằm mục đích để giảm sức
lao động nặng nhọc cho người lái xe, đồng thời tăng sức cơ động của ô tô đảm bảo an
toàn khi chuyển động.

2.3. Tính toán bộ truyền cơ cấu lái
2.3.1. Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng
Để xác định được bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo các
phương pháp sau:
+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay của
bánh răng có phù hợp không. Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanh
răng phải dịch chuyển được một đoạn X1 = 84,78 (mm).

14