BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC
TRÊN Ô TÔ TOYOTA ĐỜI MỚI
GVHD : Th.s TRẦN ANH SƠN
SVTH : LÊ NGỌC CHUNG - 07702231
PHẠM TIẾN HÙNG - 07709611
Lớp : DHOT3
Khoá : 03
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời
mới
TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm2011
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 3
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC
TRÊN Ô TÔ TOYOTA ĐỜI MỚI
GVHD : Th.s TRẦN ANH SƠN
SVTH : LÊ NGỌC CHUNG - 07702231
PHẠM TIẾN HÙNG - 07709611
Lớp : DHOT3
Khoá : 03
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời
mới
TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm2011
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 5
LỜI MỞ ĐẦU
……… Ngày … tháng…. Năm… Giảng viên hướng dẫn
NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)


2.1 quá trình quay vòng ô tô 15
2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng 16
2.3 Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô quay vòng 17
2.4 xét sự quay vòng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp 19
2.5 Các trường hợp quay vòng 20
2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính. = => R = R0 20
2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu 21
Trường hợp δ1 > δ2 Tức là góc lệch hướng của cầu trước lớn hơn cầu sau, khi
đó R > R0 nên ô tô có tính chất quay vòng thiếu. Người lái phải đánh thêm vô
lăng để duy trì quỹ đạo chuyển động với bán kính R0 . Phản ứng của người lái
trong trường lợp này là thuận. Khi ô tô chuyển động thẳng mà xuất hiện δ1 > δ2
thì ô tô quay vòng quanh tâm O. Lực ly tâm Plt xuất hiện ngược chiều lực ngang
Y. Vì vậy, chúng triệt tiêu nhau làm cho ô tô ổn định hướng chuyển động thẳng.
Như vậy, quay vòng thiếu là tốt. Hầu hết xe ô tô đời mới có cầu trước chủ động.
Khi đó, các bánh xe ở cầu trước sẽ bị trượt dọc nhiều nên khả năng bám ngang
giảm. Nên có xu hướng quay vòng thiếu, có khả năng ổn định chuyển động tốt
hơn. 21
21
Hình 2.7 Trường hợp quay vòng thiếu 22
2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa 22
22
Hình 2.8 Trường hợp quay vòng thừa 22
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời
mới
Trường hợp δ1 < δ2 => thì R < R0 nên xe có tính năng quay vòng thừa.Trường
hợp này xe bị mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm Plt
xuất hiện trùng với chiều của lực ngang Y. Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc xe
càng cao. Để tránh khả năng lật đổ xe trong trường hợp này, người lái phải nhanh
chóng đánh tay lái theo hướng ngược lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính
quay vòng. Phản ứng của người lái trong trường hợp này là nghịch. Hơn nữa, khi

5.3.2 Bơm thủy lực 65
5.3.3 Hệ thống cảm biến lái trợ lực điện tử 70
5.3.3.1 Bộ cảm biến lái 70
5.3.3.2 Cảm biến tốc độ xe (vehicle speed sensor) 73
5.3.3.4 Cảm biến tốc độ góc bánh lái (steering wheel rotation sensor) 74
5.3.4 Hộp số lái 74
5.4 Hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS 78
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 11
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời
mới
5.5 Những ưu diển của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS 80
5.6 Hệ thống lái trợ lực điện(EPS) 86
5.6.1 Giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện(EPS) 86
5.6.2 Các dạng bố trí trợ lực lái 89
5.6.2.1 Bộ trợ lực lái trên thanh răng (Campry, Lexus) 89
5.6.2.2 Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái 95
5.7 Xu hướng phát triển các hệ thống lái hiện đại 97
CHƯƠNG VI THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI 102
6.1 Giới thiệu và trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS 102
6.2 Xây dựng và giải thích lưu đồ thuật toán 103
6.3 Xây dựng phần cứng tương ứng 105
CHƯƠNG VII. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106
7.1 KẾT LUẬN 106
7.2 KIẾN NGHỊ 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 12
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây. Nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ

khiển bằng điện tử trên ôtô hiện đại đang được sử dụng. Xây dựng một lưu đồ thuật
toán điều khiển hệ thống trợ lực lái với các thông số đầu vào cơ bản.
1.6 Bố cục của đồ án
Luận văn được chia làm 7 chương
Chương I Mở đầu
Chương II Động lực học quay vòng ôtô
Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống lái
Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống trợ lực lái
Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử
Chương VI Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái
Chương VII Kết luận và kiến nghị
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 14
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
CHƯƠNG II ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ.
2.1 quá trình quay vòng ô tô
Trong quá trình chuyển động của ô tô, ô tô luôn thực hiện các động tác thay đổi
hướng chuyển động. quá trình chuyển hướng đó là quá trình quay vòng của ô tô. Quá
trình quay vòng có thể chia làm 3 giai
đoạn như sau.
Đi vào đường vòng.
Quay vòng.
Đi ra khỏi đường vòng.
Ta xét tại một thời điểm tức thời khi
xe đang quay vòng, khi đó xe có bán kính
quay vòng tức thời R.
Trong hình bên: có Hình 2.1 Quá trình quay vòng ô tô
là góc quay trung bình
là góc quay của bánh xe chuyển hướng bên ngoài
là góc quay của bánh xe chuyển hướng bên trong
Xét tam giác vuông OAB ta có

Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
L
m
R
g
t
2
cot
−
=
θ
Do đó
L
m
R
gar
t
2
cot
−
=
θθ
L
m
R
g
2
cot
+
=

nt
ntn
θθ
θθθθθ
+
==>−−==>
Bán kính quay tức thời của trọng tâm ô
tô
α
ρ
cos
R
=
2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn
hướng khi quay vòng
Trong quá trình chuyển động của ô tô,
bánh dẫn hướng chịu tác dụng của các lực:
Tải trọng thẳng đứng G
1
Lực cản lăn P
f
= G
1
.f
Lực đẩy P = -P
f
Khi xe quay vòng, lực đẩy của xe lúc
này là P
’
.

1
. =>
θ
ϕ
sin
.
,
1
,
n
G
P
≤
Hay
θ
ϕ
θ
sin
.
cos
.
,
1
,
1
n
G
P
fG
≤≤

≤=>≤
Coi , f .
Ta có artg . , f: hệ số
cản lăn và hệ số bám ngang
Để xe chuyển hướng được ổn định
thì góc chuyển hướng lớn hay bé phụ
thuộc vào chất lượng của mặt đường,
biểu thị qua hệ số bám ngang của
bánh xe dẫn hướng với mặt đường cũng như hệ số cản lăn f của bánh xe với mặt đường.
hình 2.3 Đồ thị khảo nghiệm
Khảo sát thực tế, ta thu được mối quan hệ giữa
o
,
n
, f , biểu thị như ở đồ thị bên.
Qua đồ thị bên ta thấy, nếu góc dẫn hướng trong thực tế lớn hơn so với tính toán
thì bánh xe dẫn hướng chỉ bị trượt ngang chứ không lăn theo hướng chuyển động khi
quay vòng.
2.3 Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô quay vòng
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 17
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
Khi ô tô chuyển động trên đường cong có bán kính qua trọng tâm xe là sẽ tạo ra
lực ly tâm P
lt
. và lực ly tâm này sẽ có thành phần P
y
vuông góc với khung xe và gây
mất ổn định cho xe khi quay vòng.
J
y

2
=
J
t
= = Hình 2.4 Các lực tác dụng khi ô tô quay vòng
Sin
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 18
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
cos
j
y
= . + .
P
y
= =
Qua biểu thức trên ta thấy rằng khi đi vào đường vòng, để giảm P
y
thì ta phải giảm
tốc độ V.
2.4 xét sự quay vòng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp
hình 2.5 Sự quay vòng của xe có lốp đàn hồi
Khi xe chuyển động quay vòng, thành phần lực ngang P
y
và do sự đàn hồi của lốp,
thì sự quay vòng sẽ làm lốp bị biến dạng.
: là góc biến dạng bánh xe cầu trước
: là góc biến dạng bánh xe cầu sau
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 19
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
O

θ
. Nếu xuất hiện = thì ô tô sẽ chuyển động xiên
theo phương dọc một góc và như vậy người lái có thể dùng vô lăng để điều chỉnh quỹ
đạo chuyển động.
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 20
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
Hình 2.6 Trường hợp quay vòng trung tính
2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu
Trường hợp δ
1
> δ
2
Tức là góc lệch hướng của cầu trước lớn hơn cầu sau, khi đó
R > R
0
nên ô tô có tính chất quay vòng thiếu. Người lái phải đánh thêm vô lăng để duy
trì quỹ đạo chuyển động với bán kính R
0
. Phản ứng của người lái trong trường lợp này
là thuận. Khi ô tô chuyển động thẳng mà xuất hiện δ
1
> δ
2
thì ô tô quay vòng quanh
tâm O. Lực ly tâm P
lt
xuất hiện ngược chiều lực ngang Y. Vì vậy, chúng triệt tiêu nhau
làm cho ô tô ổn định hướng chuyển động thẳng. Như vậy, quay vòng thiếu là tốt. Hầu
hết xe ô tô đời mới có cầu trước chủ động. Khi đó, các bánh xe ở cầu trước sẽ bị trượt
dọc nhiều nên khả năng bám ngang giảm. Nên có xu hướng quay vòng thiếu, có khả

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 22
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thành
phần phản lực thẳng đứng, lực bên và lực tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyển
động.
Ba nhân tố sau đây đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng:
+ Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay.
+ Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay.
+ Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang.
Khi trục đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụng
lên trục trước của xe sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định cho các bánh dẫn hướng.
Thông thường xem mặt đường là tuyệt đối cứng, khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch
khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của xe sẽ được nâng lên. Hình bên cho
thấy trục quay đứng đặt nghiêng ngang một góc θ . Nếu xem như bánh xe không có góc
doãn ta có thể phân phản lực thẳng đứng Z
b
làm hai thành phần: Z
b
cosβ và Z
b
sinβ như
hình.
Hình 2.9 Góc nghiêng của trục quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe.
Moment ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng đứng của đất tác dụng
lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng là M
Zβ
= Z
b
lsinβsinα. Trong đó l là khỏang
cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới đường tâm trụ đứng.

này. Khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục moment này, vì vậy góc
nghiêng γ thường không lớn. Moment M
Yγ
không phụ thuộc vào góc quay vòng của các
bánh xe dẫn hướng.
Hình 2.10 Góc quay của trụ quay đứng quay trong mặt phẳng dọc của xe
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 24
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
CHƯƠNG III PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ TRONG HỆ THỐNG LÁI
Các thông số cơ bản của hệ thống lái
3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô
Hệ thông lái là một loại cơ cấu truyền chuyển động từ vành tay lái đến
đòn chuyển hướng tại bánh xe dẫn hướng. Trong phạm vi hệ thống lái có thể phân
biệt các tỷ số truyền sau .
Hình 3.1 Hộp số lái khiểu trục vít – con lăn có tỷ số truyền thay đổi
+ Tỷ số truyền của hộp số lái ( IL1 ) : Là tỷ số truyền của góc quay của vành tay lái
chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng.
+Tỷ số truyền của hộp số lái có thể có trị số cố định hoặc có thể tăng hoặc
giảm khi vành tay lái được quay khỏi vị trí trung gian.
đối với xe du lịch sẽ có lợi hơn nếu sử dụng hộp số lái với tỷ số truyền thay đổi . Điều
này làm tăng tính an toàn khi ôtô chạy nhanh , vì khi vành tay lái dược quay một góc nhỏ
thì các bánh xe dẫn hướng xoay ít hơn . Ngoài ra
với tỷ số truyền của hộp số lái cao
thì sự rung động của các bánh xe dn
hướng ở tốc độ cao sẽ ảnh hưởng ít hơn đến người
lái . 1- Trục vít, 2- Con lăn, 3-Đòn chuyển hướng của dẫn động lái
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn . SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng 25
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới
+ Tỷ số truyền của dẫn động lái ( IL2 )
Trong quá trình các bánh dẫn hướng xoay thì độ dài cánh tay đòn của các