Đồ án tốt nghiệp thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện

Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại ôtô, từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ôtô như: hệ thốn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ Ô TÔ

-o0o -

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn: Võ Xuân Thành

Sinh viên thực hiện : 1 Dương Văn Yên MSSV: 10305086

 Thiết kế, chế tạo ,mạch điều khiển lái trợ lực điện

 Chế tạo mô hình lái trợ lực điện Suzuki

 Phân tích ,hướng dẫn sử dụng hệ thống trên mô hình

II Ngày giao đề tài: 06/09/2011

III Ngày hoàn thành: 07/01/2011

TP HCM, Ngày Tháng Năm 2012 TP HCM, Ngày Tháng Năm 2012

Chủ nhiệm bộ môn Giáo viên hương dẫn

Võ Xuân Thành

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp HCM Ngày Tháng Năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

Võ Xuân Thành

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TP HCM Ngày Tháng Năm 2012 Giáo viên phản biện

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ôtô đã có những bước phát triển đáng kể Đặc biệt, trên ôtô có có sự can thiệp mạnh mẽ của hệ thống điện - điện tử nhằm đáp ứng các yêu cầu như: Tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải, tăng tính năng an toàn và tiện nghi của ô tô Ngày nay, chiếc ôtô là một sự kết hợp hoàn hảo giữa cơ khí và điện tử

Hầu hết các hệ thống điện trên ôtô đều có mặt bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại ôtô, từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống

an toàn và tiện nghi trên ôtô như: hệ thống chống trượt lếch khi phanh (ABS), hệ thống chống trượt quay (TRC), hệ thống ổn đinh động học (VSC), hệ thống điều khiển chạy

tự động (CCS)…

Không dừng lại ở chỗ đó, các nhà chế tạo ôtô đã đưa điện vào hệ thống lái thay thế cho

hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực cổ điện nhằm mục đích: Giảm tiêu hao nhiên liệu, trợ lực chính xác hơn và làm cho hệ thống lái đơn giản hơn

Đó là hệ thống lái trợ lực điện hay còn goi là EPS ( electric power system)

Với hi vọng tổng hợp lại các kiến thức đã được học và muốn được những hiểu biết, nắm bắt sâu sắc hơn về hệ thống lái trợ lực điện để bổ sung thêm vốn kiến thức của

chúng em khi bước chân ra trường nên chúng em quyết định chọn đồ án  THIẾT

KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những nỗ lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán khoa học có tính thuyết phục cao Bản đồ án được trình bày một cách đơn giản hóa, chi tiết nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu

Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi có những hạn chế nhất định

LỜI CẢM ƠN

Chúng em là những sinh viên khoa cơ khí động lực trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, trong suốt thời gian học tập tại trường chúng em được sự dìu dắc và hướng dẫn tận tình của quí thầy cô tại trường nói chung và khoa cơ khí động lực nói riêng

Các thầy cô đã không ngại khó khăn thử thách, đã chung tay vuôn đắp, mài dũa chúng em trở thành những người kỹ sư, giảng viên, hơn thế nữa là những người công dân có ích cho xã hội

Và đến hôm nay, với đồ án tốt nghiệp này đã đánh dấu một cột mốc lớn trên bước đường trưởng thành của chúng em, chúng em sắp bước ra cánh cửa của trường đại học

để bước ra cánh cửa rộng lớn hơn, thử thách hơn Đó chính là cánh cửa của cuộc đời ,công việc tương lai sắp tới, mọi sự thành công trên con đường sắp tới đều nhờ công lao dìu dắt của các thầy cô đối với chúng em Xin gởi tới quí thầy cô sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất của chúng em

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Võ Xuân Thành đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện đề tài, để nhóm chúng em thực hiện hoàn tất đề tài này

Xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong và ngoài trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM, đặc biệt là tập thể giảng viên khoa cơ khí động lực đã hướng dẫn tận tình và trực tiếp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi, cho nhóm chúng em hoàn thành đề tài này Cảm ơn sự đóng góp ý kiến của các bạn trong và ngoài trường, đặc biệt là các bạn khoa cơ khí động lực để nhóm chúng tôi hoàn thiện tốt đề tài này

Xin chân thành cảm ơn…/

Nhóm sinh viên thực hiện Dương Văn Yên

Nguyễn Tấn Nhật

MỤC LỤC Phần A: TỔNG QUAN

1 Đại vấn đề: 12

2 Giới hạn đề tài: 12

3 Mục đích nghiên cứu: 13

4 Nội dung nghiên cứu: 13

5 Đối tượng nghiên cứu: 14

6 Phương pháp nghiên cứu 14

7 Thời gian thực hiện đề tài 14

Phần B: NỘI DUNG Chương I:GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI 16

1.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI 16

1.1.1 Công dụng hệ thống lái 16

1.1.2 Phân loại hệ thống lái 16

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống lái 17

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG,CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI 17

Hình.1.1 Cách bố trí các bộ phận của hệ thống lái trên xe 18

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái 18

Hình.1.2 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản 19

1.2.2 Vô lăng (vành tay lái) 19

Hình 1.3 Cấu tạo của vô lăng (vành lái) 20

1.2.3 Trục lái 20

Hình 1.4 Cấu tạo một trục lái 21

Hình 1.5 Kết cấu trục lái 21

Hình 1.6 Kết cấu của khớp then trên trục trung gian 22

Hình 1.7 Cấu tạo trục chữ thập 23

Hình 1.8 Khớp các đăng trên trục lái 23

Hình 1.9 Kết cấu thay đổi chức năng của vành tay lái 23

1.2.4 Cơ cấu lái 24

Hình 1.10 Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng 25

Hình 1.11 Cơ cấu lái kiểu trục vít – cung răng 25

Hình 1.12 Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn 26

Hình 1.13 Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn quay 27

Hình 1.14 Cơ cấu lái kiểu trục vít – ecu – bi 28

1.2.5 Dẫn động lái 28

Hình 1.15 Một số cách bố trí của đòn dẫn động lái 29

Hình 1.16 Kết cấu các đồn dẫn động, khớp liên kết dẫn động lái 30

Bảng1.3.1 Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái 31

1.3 TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI 30

1.3.1 Tỷ số truyền 30

1.3.2 Hiệu suất của hệ thống lái 32

1.4 CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC 32

Hình 1.17 Hệ thống lái thủy lực 33

Hình 1.18 Hệ thống lái điện tử 33

Hình 1.19 Hệ thống lái trợ lực điện 34

Chương II: GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 35

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35

2.2 ƢU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG 36

2.3 VỊ TRÍ LẮP ĐẶT VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC BỘ PHẬN 36

2.3.1 Vị trí lắp đặt các bộ phận 36

Hình 2.1 Vị trí của các bộ phận 37

2.3.2 Chức năng các bộ phận 37

Bảng 2.1 Chức năng các bộ phận (trích ô tô Hui) 38

Bảng 2.2 Chức năng của EPS ( trích ô tô Hui) 39

2.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 39

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống 39

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện 40

Hình 2.4.trợ lực kiểu dây đai 41

Hình 2.5 Trợ lực có mô tơ trên trục lái 41

Hình 2.6 Trợ lực có mô tơ trên thước lái 41

Chương III: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN CỦA SUZUKI 42

3.1 CÁCH BỐ TRÍ VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 42

3.1.1 Cách bố trí 42

Hình 3.1 Hệ thống lái bố trí bên trái 42

Hình 3.2 Hệ thống bố trí bên phải 42

Hình 3.3 Động cơ trợ lực D/C bố trí trên trục lái 43

Hình 3.4 Sơ đồ lắp mạch của hệ thống 43

Hình 3.5 Sơ đồ mạch hệ thống lái trợ lực điện của Suzuki 44

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 45

3.2 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN 45

3.2.1 Động cơ điện một chiều 45

Hình 3.6 Cấu tạo động cơ D/C 45

3.2.2 Cảm biến mô mem xoắn 46

Hình 3.7 Cấu tạo các vành răng rotor 46

Hình 3.8 Mặt cắt ngang cảm biến mô men xoắn 47

Hình 3.9 Khi tay lái ở vị trí trung gian 48

Hình 3.10 So sánh điện áp giữa 2 tín hiệu 48

Hình 3.11 Cảm biến mô men xoắn có sự cố 49

3.2.3 ECU EPS 49

3.2.4 Đèn báo EPS 49

Hình 3.12 Đèn báo EPS 49

3.3 CÁCH ĐỌC VÀ XÓA MÃ LỖI 50

3.3.1 Cách đọc mã lỗi 50

Hình 3.13 Vị trí giắc kết nối máy chẩn đoán 50

Hình 3.14 Giắc chẩn đoán mã lỗi và đèn báo bằng tay 51

Hình 3.15 Dạng mã lỗi bình thường 51

Bảng 3.1 Bảng mã lỗi 52

3.3.2 Xóa mã lỗi 53

Hình 3.16 Mã lỗi sau khi xóa bằng tay xong 53

3.4 CHẾ ĐỘ DỰ PHÕNG CỦA HỆ THỐNG 53

Bảng 3.2 Chế độ dự phòng 54

3.5 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 54

Bảng 3.3 Các hư hỏng và cách khắc phục 55

Hình 3.17 Hiển thị các chân hệ thống 55

Bảng 3.4 Điện áp bình thường của các bộ phận trong hệ thống 57

Chương IV:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HT LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 58

4.1 MÔ TẢ MÔ HÌNH 58

4.2 PHẦN THIẾT KẾ : 58

Hình 4.1 Hình chiếu bằng của khung 58

Hình 4.2 Hình chiếu cạnh của khung 59

Hình 4.3 Hình chiếu 3D 59

4.3 CHẾ TẠO CƠ CẤU HÃM : 59

Hình 4.4 Cơ cấu trên hệ thống 60

4.4 PHẦN THIẾT KẾ SA BÀN: 60

Hình 4.5 Cơ cấu sa bàn 60

Hình 4.6 Sa bàn thực tế 61

4.5 PHẦN MẠCH ĐIỀU KHIỂN : 61

4.5.1 Quá Trình Thiết kế mạch 61

Hình 4.7 Pic 18F4431 62

Hình 4.8 Mạch tạo tín hiệu tốc độ xe 64

Hình 4.9 Mạch lặp điện áp tín hiệu 65

Hình 4.10 Mạch hiển thị tín hiệu 66

Hình 4.11 Mạch in hiển thị tín hiệu 66

Hình 4.12 Mạch hiển thị thực tế 67

Hình 4.13 Mạch reset 67

Hình 4.14 Mạch công suất 68

Hình 4.1 Mạch công suất thực tế 69

Hình 4.16 Mạch nguồn 5V 69

Hình 4.17 Cổng nối 70

Hình 4.18 Mạch điều khiển 71

Hình 4.19 Mạch điều khiển thực tế 72

Lưu đồ quay: 72

Chương V: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 74

5.1.MÔ HÌNH HOÀN CHỈNH: 74

Hình 5.1 Mô hình hoàn chỉnh 74

5.1.1 Các chân trên mô hình: 75

Hình 5.2 Các chân trên xa bàn 75

Hình 5.3 Điều chỉnh tốc độ xe 76

5.2 QUI TRÌNH VẬN HÀNH : 76

Hình 5.4 Xe đang ở vị trí đứng yên 76

Hình 5.5 Vô lăng ở trung gian 77

Hình 5.6 Vô lăng quay phải 77

Hình 5.7 Vô lăng quay trái 77

5.3 NHẬN XÉT MÔ HÌNH: 78

5.4 CÁC BÀI THỰC HÀNH: 79

Phần C:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I KẾT LUẬN: 85

II KIẾN NGHỊ: 85 III TÀI LIỆU THAN KHẢO 87

Ở nước ta do còn nhiều hạn chế như đường xá, khoa học kỹ thuật, chính sách của nhà nước…Nên ngành ô tô vẫn chưa được phát triển nhiều Do đó, ô tô sử dụng hệ thống lái trợ lực điên vẫn là một vấn đề mới ở nước ta mặc dù hệ thống này được hãng Suzuki ứng dụng năm 1988

Đồng thời, với tình hình hiện tại và tương lai, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM là trường tiên phong trong việc đào tạo nguồn nhân lực cho đất nước trên lĩnh vực ôtô Với nhiệm vụ cao cả ấy trường luôn định hướng và cải thiện chương trình đào tạo, cụ thể như trường luôn áp dụng các mô hình hiện đại vào chương trình học, để sinh viên luôn tiếp cận và trực tiếp tiếp xúc với công nghệ mới

Cũng chính vì vậy nhóm chúng em được sự hướng dẫn của thầy Võ Xuân Thành đã

chọn nghiên cứu đề tài.Thiết Kế, Chế Tạo Mô Hình Lái Trợ Lực Điện Trên xe Suzuki-WagonR+

2 Giới hạn đề tài:

Một hệ thống hoạt động ngoài thực tế thì đòi hỏi sự tổng hợp của rất nhiều tín hiệu đầu vào và sự kết hợp tín hiệu từ các hệ thống khác để đảm bảo độ chính xác và tính an toàn cao nhất Hệ thống EPS cũng vậy, nó muốn hoạt một cách chính xác và an toàn thì đòi hỏi phải có sự tổng hợp của nhiều thông tin đầu vào từ các cảm biến như: Cảm biến

tốc độ xe, cảm biến mô men xoắn, Để bộ điều khiển của hệ thống có sự tính toán, so sánh và đưa ra thông tin điều khiển một cách chính xác

Một mô hình mô phỏng hệ thống EPS muốn làm đầy đủ các điều đó thì đòi hỏi rất nhiều điều kiện như: Có thời gian, có hiểu biết sâu về lập trình, có kinh nghiệm thực tế,

có kinh phí… Do trình độ và thời gian có hạn nhóm chúng em tập trung vào nghiên cứu, phân tích và chế tạo mạch điện điều khiển, thiết lập mô hình hoạt động Suzuki-Wagon R+ dựa trên nền tảng thực tế

Đây là những điều mà đồ án thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện của chúng em đã làm được:

- Thiết kế mạch vi điều điều khiển dùng PIC 18F4431

- Giả cảm biến tốc độ xe

- Tạo tín hiệu mô men

- Dùng LED 7 đoạn thể hiện tín hiệu tốc độ xe bằng tần số

- Dùng LED 7 đoạn thể hiện mo men xoắn bằng tần số

- Dùng LED thể hiện hướng quay bên trái và bên phải

- Dùng mạch công suất điều khiển động cơ D/C

3 Mục đích nghiên cứu:

Làm tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên,

Mặt khác, chúng em biên soạn cuốn hướng dẫn kèm theo mô hình hệ thống, với nội dung chi tiết khá đầy đủ về hệ thống lái trợ lực bằng điện nói chung và hệ thống lái trợ lực điện trên xe Suzuki wagon-R+ nói riêng

Đồng thời trình bày chi tiết về cách thiết kế khung, mạch điện, và lập trình hoạt động trên mô hình, nhằm mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống, nhận dạng các chi tiết và cách kiểm tra, có cách nhìn tổng quan hơn về hệ thống

Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong Giáo Dục và Đào Tạo, từng bước nâng cao trình độ của sinh viên trước khi ra trường

4 Nội dung nghiên cứu:

 Giới thiệu tổng quan về hệ thống lái thông thường

 Giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện

 Thiết kế mạch điều khiển và viết chương trình điều khiển

 Đi vào làm mô hình

 Hướng dẫn một số bài thực hành

5 Đối tượng nghiên cứu:

 Trọng tâm là mô hình hệ thống lái trợ lực điện

 Hệ thống điều khiển và chương trình điều khiển

6 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nhiều phương pháp, trong đó có các phương pháp chính như:

- Nghiên cứu lý thuyết hệ thống lái trợ lực điện của các hãng

- Nghiên cứu nguyên lý và sơ đồ mạch điện Suzuki Wagon R+

- Tham khảo tài liệu thiết kế mạch của Khoa Cơ khí Động lực

- Tham khảo tài liệu mô hình giảng dạy hiện có tại Khoa Cơ khí Động lực

- Chọn lọc thông tin, học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè

- Quan sát, thực nghiệm các mô hình, đúc kết mô hình nghiên cứu

7 Thời gian thực hiện đề tài

Đề tài được thực hiện trong vòng 7 tuần, các công việc được bố trí như sau:

 Giai đoạn 1

 Thu tập tài liệu

 Xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu

 Xác định và phân tích mục tiêu nghiên cứu

 Thiết kế, chế tạo mạch điện điều khiển

 Thiết kế mô hình

 Thi công, chế tạo mô hình

 Giai đoạn 2

 Viết thiết minh

 Hoàn thiện đề tài

Phần B: NỘI DUNG

Chương I: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI

1.1.1 Công dụng hệ thống lái

Hệ thống lái của xe có chức năng điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe Việc điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe có thể là duy trì phương chuyển động hoặc thay đổi phương chuyển động hiện tại của xe Hai quá trình này được gọi chung là quay vòng xe Có ba trạng thái quay vòng cơ bản: quay vòng đủ, quay vòng thừa và quay vòng thiếu

1.1.2 Phân loại hệ thống lái

Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành các loại sau:

 Theo cách bố trí vô lăng

 Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ôtô) được dùng trên ôtô của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt nam và một số các nước khác

 Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ôtô) được dùng trên ôtô 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 đặc tính truyền lực

 Hệ thống lái cơ khí

 Hệ thống lái có trợ lực

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái phải bảo đảm các yêu cầu sau:

 Quay vòng ôtô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

 Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện

 Động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trượt khi quay vòng

 Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vô lăng

 Giảm thiểu thương vong cho tài xế khi tai nạn chính diện

 Giữ được chuyển động thẳng ổn định và có khả năng hồi vị tốt

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG,CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI

Hệ thống lái của các loại ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú về nguyên lý hoạt động cũng như về kết cấu, tuy nhiên về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính sau đây:

 Vô lăng (vành lái)

 Trục lái

 Cơ cấu lái (hộp số lái)

 Dẫn động lái

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

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái

Khi vô lăng tiếp nhận lực tác động của tài xế, khi đó vô lăng sẽ truyền tới trục lái

mô men và chiều mà tài xế tác động và trục lái truyền tới cơ cấu lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng kết quả là di chuyển theo hướng mà tài xế điều khiển Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của

xe và của từng chủng loại xe

Để quay vòng được thì người lái cần phải tác động vào vô lăng một lực Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng

Hình.1.2 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản

1 -Vô lăng (vành tay lái) 4 - Khung xe

2 - Trục lái 5 - Các cơ cấu dẫn động lái

3 - Hộp số lái

1.2.2 Vô lăng (vành tay lái)

Vô lăng (vành tay lái) là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận mô men quay của người lái và truyền cho trục lái

Ngoài chức năng chính như trên, vô lăng còn là nơi bố trí một số bộ phận bắt buộc như: Công tắc còi, công tắc đèn, và túi khí để bảo vệ người lái khi xảy ra sự cố như tai nạn…vv

Mặc dù trên hầu hết các hệ thống lái ngày nay đều được trang bị bộ trợ lực lái nhưng

vô lăng cũng cần phải đủ vững chắc để có thể truyền được mô men yêu cầu lớn nhất kể

cả khi bộ trợ lực bị hư hỏng

Ngoài ra vành lái cũng cần phải đảm bảo tính thẩm mỹ

Hình 1.3 Cấu tạo của vô lăng (vành lái)

1 - Xường bằng thép 2- Vỏ bọc bằng cao su

1.2.3 Trục lái

 Chức năng

Trục lái là nhân tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái

từ vô lăng đến cơ cấu lái Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái

Trục lái của những ôtô hiện đại có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vô lăng hoặc cho phép trục lái chùn ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái

Ngoài ra trục lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như: Cần điều khiển

hệ thống đèn,cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện,…

 Cấu tạo:

Trục lái là bộ phận đặt bên trong vỏ, trục lái có chức năng truyền chuyển động quay của vành tay lái đến cơ cấu lái Đầu trên của trục lái thường có ren và then hoa để liên

kết và cố định vô lăng lái trên trục lái, đầu dưới của trục lái liên kết với trục đầu vào của cơ cấu lái

Trục lái có thể chỉ gồm một đoạn trục hoặc gồm nhiều đoạn trục liên kết với nhau

và trục lái liên kết với trục đầu vào của cơ cấu lái bằng khớp nối kiểu cardan, khớp nối mềm, đôi khi bằng khớp nối kiểu chốt

Hình 1.4 Cấu tạo một trục lái

1 - Vành lái 2 - Cụm công tắc gạt mưa

3 - Cụm khóa điện 4 - Vỏ trục lái

5 - Khớp các đăng 6 - Trục các đăng

7 - Khớp cao su

 Kết cấu của một số kiểu trục lái

Hình 1.5 Kết cấu trục lái

cơ cấu lái một cách liên tục

Hình 1.6 Kết cấu của khớp then trên trục trung gian

Trong truyền động lái sử dụng loại các đăng kép bao gồm hai các đăng đơn như trên hình (H 1.4) Các đăng đơn có cấu tạo khá đơn giản bao gồm hai nạng liên kết với nhau bằng một trục chữ thập, sử dụng bạc lót hay ổ bi kim bôi trơn bằng mỡ, nhờ trục các đăng có thể thiết kế trục lái có hình dàng phù hợp với không gian và các bộ phận xung quanh

Ngoài khớp các đăng trục lái của một số loại xe ngày nay có sử dụng loại khớp mềm Khớp nối mềm được làm bằng vật liệu cao xu nhờ đó đường tâm của trục lái và

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

A Tay lái nghiêng B Tay lái trượt

C.Cơ cấu hấp thụ chấn động

1.2.4 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ phận giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các bánh xe dẫn hướng

 Cơ cấu lái cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe

 Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái

 Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết

 Điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái dễ dàng

 Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

 Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao

 Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

 Chức năng:

Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của thước lái

Tăng lực tác động của người lái lên vô lăng lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ nhàng hơn Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi quy ước là trục quay của hộp số lái và trục lắc của hộp số lái Trục quay là đầu vào của hộp số lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dưới của trục lái và thực hiện chuyển động quay theo chuyển động của trục lái.Trục lắc là đầu ra của hộp số lái nó liên kết với đòn lắc chuyển hướng của dẫn động lái

 Các kiểu cơ cấu lái

Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp truyền động trục Quay - trục lắc có thể phân biệt các kiểu cơ cấu lái sau:

 Kiểu bánh răng-thanh răng

Hình 1.10 Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng

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

 Kiểu trục vít – cung răng

Hình 1.11 Cơ cấu lái kiểu trục vít – cung răng

1-Trục vít 2-Cung răng 3- Trục lắc

 Kiểu trục vít – con lăn

Hình 1.12 Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn

1-Trục vít 2- Con lăn

3- Đòn chuyển hướng của dẫn động lái

Trục quay (liên kết với trục lái) của cơ cấu lái kiểu trục vít –con lăn có cấu tạo giống một trục vít vô tận Trên trục lắc của cơ cấu lái có một bộ phận gọi là con lăn Con lăn giống một bánh xe có ren phía ngoài Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít Khi trục vít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của nó đồng thời chuyển động dịch chuyển dọc theo trục của trục vít Kết quả của các chuyển động đó là chuyển động xoay của trục lắc Cơ cấu lái kiểu trục vít -con lăn được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

Ưu điểm của cơ cấu lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ bền cao

do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp số lái

 Kiểu trục vít- đòn quay

Hình 1.13 Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn quay

Cơ cấu lái kiểu trục vít-đòn quay cho phép dễ dàng thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu, nhưng có hiệu suất thấp và các chốt của kiểu cơ cấu lái này thường mòn nhanh Kiểu

cơ cấu lái này ngày càng ít được sử dụng trên các loại ôtô đời mới

 Kiểu trục vít- êcu-bi

Hình 1.14 Cơ cấu lái kiểu trục vít – ecu – bi

1 - Trục vít 2 - Ecu

3 - Cung răng 4 - Trục lắc

5 - Bi 6 - Đòn lắc chuyển hướng ( dẫn đông lái)

Cơ cấu lái kiểu trục vít- ecu- bi có trục quay là một loại trục vít vô tận, còn trục lắc tương tự như trục lắc của hộp số lái kiểu trục vít - cung răng, nhưng cung răng không

ăn khớp với trục vít mà nhận chuyển động từ trục vít thông qua ecu và các viên bi Ecu có các răng thẳng phía ngoài và các rãnh phía trong tương ứng với các rãnh trên trục vít Các viên bi nằm trong rãnh giữa ecu và trục vít và trong ống dẫn bao quanh ecu Khi trục vít quay các viên bi trong rãnh giữa trục vít và ecu sẽ đẩy nhau và luân chuyển trong ống dẫn để quay trở lại rãnh, đồng thời làm cho ecu dịch chuyển dọc theo trục vít

Thông qua các răng của ecu và cung răng, chuyển động tĩnh tiến của ecu được biến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc

Kiểu hộp số lái này có ma sát trượt giữa các chi tiết chuyển động đã được thay thế bằng ma sát lăn giữa các cặp trục vít - bi và bi - ecu nên có thể đảm bảo tỷ số truyền lớn và hiệu suất cao Điều này rất có lợi cho hệ thống lái không có trợ lực

1.2.5 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 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

Hình 1.15 Một số cách bố trí của đòn dẫn động 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

 Sau đây xin giới thiệu một số cơ cấu dẫn động lái thông dụng:

Các đòn dẫn động lái phải có độ cứng thích hợp, trị số độ cứng này phải được xác định trong trong quá trình thiết kế hệ thống lái đảm bảo cho các đòn không bị cong hay giãn trong quá trình làm việc Nếu các đòn bị cong hay giãn trong quá trình làm việc sẽ làm thay đổi mối tương quan về góc quay của các bánh xe dẫn hướng điều này làm tăng sự mòn lốp và làm giảm tuổi thọ của các chi tiết khác trong hệ thống lái

Một số đòn dẫn động lái có thêm cơ cấu cho phép thay đổi độ dài của đòn để phù hợp khi các chi tiết bị mòn trong quá trình làm việc

d i d

Hình 1.16 Kết cấu các đồn dẫn động, khớp liên kết dẫn động lái

1.3 TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI

1.3.1 Tỷ số truyền

 Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic là tỷ số truyền giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng

(1.3.1)

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mô men từ vành lái đến các bánh xe dẫn hướng Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng

Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa từ 350

đến 450 từ vị trí trung gian trở đi Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ bên:

 : góc quay bánh lái

: góc quay đòn quay

Trong phạm vi góc quay   /2 thì tỷ số truyền

của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo chính xác

cao trong khi lái ô tô trên đường thẳng với tốc độ cao

và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay

vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian Ngoài

việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi

theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh hưởng của những

va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái

Khi   /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị

thì ic hầu như không thay đổi Ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc lớn giúp khả năng quay vòng của ô tô rất tốt

 Tỷ số truyền dẫn động lái id

Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id= 0,9÷1,2

 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng

c l

l

p i

MC- Mô men cản quay vòng của bánh xe

c- cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường trục đứng kéo dài

180 360 540

720 180 360 540 720

5 10 15 20 25

Bảng1.3.1 Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái

M1 - Mô men lái đặt trên vành lái

R - bánh kính vành tay lái

Nhƣ vậy ta có:

.

c l

1.3.2 Hiệu suất của hệ thống lái

 Hiệu suất thuận

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống, hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao và thay đổi phù hợp với điều kiện hoạt động

1.4 CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC

 Hệ thống lái trợ lực thủy lực

 Hệ thống lái trợ lực điện

 Hệ thống lái trợ lực điện tử (phi tuyến tính PPS)

 Hệ thống lái trợ lực thủy lực-điện (EHPS)

 Hệ thống lái trợ lực điện (EPS)

EPS trợ lực nhờ mô tơ vận hành lái và giảm lực đánh lái

Trợ lực lái thủy lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thủy lực và tạo mô men trợ lực

Nhƣng EPS sử dụng mô tơ không sử dụng công suất động cơ trong quá trình hoạt động cho nên việc tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm tốt hơn

Có các kiểu trợ lực điện có mô tơ nằm ở các vị trí khác nhau, ở đây mô hình minh họa điển hình mô tơ nằm trên trục lái

Chương II : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI

TRỢ LỰC ĐIỆN

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Với hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực truyền thống, sử dụng sức kéo từ động cơ đốt trong để dẫn động bơm thủy lực gặp phải những nhược điểm chính là việc phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ, mà số vòng quay động cơ thì liên tục thay đổi theo điều kiện vận hành Điều đó gây trở ngại cho việc trợ lực lái ở các điều kiện di chuyển khác nhau của xe như:

- Khi ô tô ra vào chỗ đỗ, động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp, dẫn tới áp suất bơm thủy lực không đủ để trợ lực, làm gia tăng lực đánh lái của tài xế lên vô lăng

- Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp, việc gia tăng tải cho động cơ có thể gây chết máy

- Khi ô tô hoạt động ở tốc độ cao, động cơ làm việc ở số vòng quay lớn dẫn tới bơm quay nhanh làm tăng áp suất thủy lực nên việc trợ lực lái tăng lên, điều này

có thể gây mất cảm giác lái cho tài xế

Các trở ngại trên được khắc phục trên một số ôtô bằng cách bố trí thêm bộ điều áp với sự điều khiển của ECU theo các chương trình đã được cài đặt trước Tuy nhiên, đây không phải là giải pháp hoàn hảo vì vừa tạo nên một hệ thống lái cồng kềnh, lại vừa làm phức tạp cơ cấu lái

Để khắc phục những trở ngại đó, năm 1988 hãng SUZUKI đã đưa ra một hệ thống trợ lực lái kiểu mới trên xe Cervo Suzuki, hệ thống trợ lực lái đó được gọi là hệ thống

lái trợ lực điện (Electric Power Steering)

Do có nhiều ưu điểm, nên ngày nay hầu hết các hãng sản xuất ô tô như: Toyota, BMW, Huynda…điều lắp đặt hệ thống lái trợ lực điện trên những chiếc ô tô của mình

2.2 ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG

 Về kinh tế

Hệ thống lái trợ lực điện giá thành rẻ hơn hệ thống lái Thủy lực

Khối lượng của hệ thống lái trợ lực điện nhẹ hơn hệ thống lái thủy lực và đặc biệt là

nó chỉ hoạt động, tiêu hao công suất khi việc lái xảy ra, lái nhiều thì nó họat động nhiều, lái ít thì nó họat động ít Không như hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực bơm dầu làm việc liên tục kể từ thời điểm máy nổ và tiêu hao đáng kể một phần công suất động

cơ, ở những xe con thông thường mức tiết kiệm nhiên liệu do sử dụng hệ thông lái trợ lực điện giúp tiết kiệm khoảng 0,2 L/100 Km

 Về sửa chữa

Bảo dưỡng đơn giản hơn hệ thống lái Thủy lực vì:

Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điện chủ yếu nằm trên trục lái, chiếm ít chỗ và

dễ kiểm tra hơn nhiều so với các bộ phận của hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực Đối với hệ thống trợ lực lái thủy lực việc tháo lắp bơm dầu và hệ thống phân phối dầu trợ lực là rất khó khăn do chúng nằm liền với cơ cấu lái ở các vị trí rất khó kiểm tra

Hình 2.1 Vị trí của các bộ phận

3- Động cơ điện D/C 4- Cơ cấu giảm tốc

5- Bộ chấp hành ABS và ECU ABS 6- ECU động cơ

2.3.2 Chức năng các bộ phận

- Cảm biến

mô men

- Phát hiện sự xoay của thanh xoắn

- Tính toán momen tác dụng lên thanh xoắn nhờ vào sự thay đổi điện áp đặt trên nó

- Đƣa tính hiệu điện áp đó về ECU EPS

- Vận hành động cơ điện D/C gắn trên trục lái

để trợ lực Nó căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến nhƣ: Tốc độ xe, tốc độ động cơ, cảm biến mô men…

- ECU động cơ nhận biết tốc độ của động cơ

và đưa tới ECU EPS

- ECU ABS - ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đưa tới

- Từ giá trị độ xoắn của thanh lái và vận tốc xe

sẽ định mức dòng điện cấp tới động cơ điện D/C trợ lực lái

- Điều khiển

bù quán tính

- Đảm bảo động cơ điện D/C trợ lực lái hoạt động ngay khi người lái xe khởi hành và xoay vô

- Điều khiển

bảo vệ quá nhiệt

- Dự tính nhiệt độ của động cơ điện D/C dựa trên cường độ dòng điện và điện áp cấp vào Nếu nhiệt độ của động cơ điện D/C hay ECU trợ lực lái vượt quá giá trị cho phép, nó sẽ giảm bớt cường độ dòng điện vào để tránh tình trạng động cơ điện D/C hoặc ECU bị quá nhiệt

Bảng 2.2 Chức năng của EPS ( trích ô tô Hui)

Hệ thống lái trợ lực điện hoạt động không như các hệ thống lái trợ lực khác Khi xe chuyển động với tốc độ chậm, bình thường thì tài xế phải mất nhiều lực để thay đổi hướng chuyển động của xe, nhận biết được đều này thông qua cảm biến mô men gắn trên trục lái nên ECU gởi tín hiệu tới động cơ D/C trợ lực cho nó hoạt động mạnh hơn giúp tài xế giảm lực đánh lái

Khi xe chạy với tốc độ cao thì trợ lực ít hơn để cho người lái không mất cảm giác lái, nếu tình trạng mặt đường xấu và có sự thay đổi đột ngột trong khi lái như qua khúc cua với tốc độ cao, lạng lách để tránh xe khác thì lúc này hệ thống lái trợ lực điện hoạt động nhanh để hỗ trợ cho tài xế xử lý tình huống một cách dễ dàng hơn

Để biết được những sự thay đổi đó thì ở hệ thống lái trợ lực điện có cảm biến góc lái và cảm biến mômen để thu nhận những tín hiệu và truyền các tín hiệu mà nó nhận được đến bộ xử lý trung tâm (ECU) Trong đó cảm biến quan trọng nhất là cảm biến

mô men

Các cảm biến như: Cảm biến tốc độ của xe, cảm biến mô men lái,…Các cảm biến này sẽ truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm (ECU) sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến, ECU sẽ tổng hợp và xử lý các tín hiệu đó đồng thời đưa ra tín hiệu để điều khiển cho động cơ điện D/C quay, làm cho bộ trục vít bánh vít hoạt động làm quay trục lái chính và làm cho các bánh xe dẫn hướng chuyển động

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện