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

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 31
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 27

42
HÌNH 3.27: TẠO KHỐI CHO 1 VÀI BIÊN DẠNG THÂN MÔ TƠ 42
TIẾP THEO TA REVOLVE THÊM CÁC BIÊN DẠNG ĐƯỢC NHƯ HÌNH VẼ DƯỚI ĐÂY: 42
43
43
HÌNH 3.28: TẠO KHỐI BIÊN DẠNG PHÍA TRƯỚC THÂN MÔ TƠ 43
TA ĐI VÀO HOÀN THIỆN HÌNH DẠNG VÀ KẾT CẤU CỦA MƠ TƠ TRỢ LỰC: 43
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 45
HÌNH 3.32: TẠO RÀNG BUỘC 46
HÌNH 3.33: ĐẶT LỰC TÁC DỤNG 46
HÌNH 3.34: TẠO LƯỚI CÁC PHẦN TỬ 47
HÌNH 3.35: XUẤT KẾT QUẢ 47
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
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
VII
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

7
λ
Hệ số biến dạng lốp
8 R
o
Với lốp áp suất thấp
9
β
Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe
10
γ
Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe
11
δ
Góc chụm của bánh xe dẫn hướng
12
α
Góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng.
13
M
cvl
Mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
14 i
c
Tỷ số truyền cơ cấu lái
15 i
d
Tỷ số truyền của dẫn động lái
16
η

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
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:

 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 5
0
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.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp
chướng ngại vật.

sat
,
mômen này xuất hiện đầu tiên là do các quan hệ hình học trong hệ thống lái, đặc biệt
3
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
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.
4
Người điều khiển Hệ thống lái Bánh xe
Trợ lực lái
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

+ 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.
+ 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
6
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

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 Loại động cơ 1.8L AT
2 Trọng lượng không tải 1240 KG
3 Trọng lượng toàn tải 1615 KG
4 Hộp số 5 số tự động

34 Mức tiêu hao nhiên liệu 10 lít/100Km
35 Tiêu chuẩn khí thải EURO 3
36 Số cửa 4
37 Số chỗ ngồi 5
2.2. Tính toán động lực học
10
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:
( )
η
1
.
321
MMMM
c
++=
(2 - 1)
Trong đó:
M
c
– mômen cản quay vòng tổng cộng;
M
1
– mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra;

/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: M
1
= 310 . 0,02 . 0,13 = 0,806 (KG.m)
2.2.3. Xác định mômen cản M
2
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.
Hình 2.2: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng
Vậy ta có công thức sau:
22
5,0
bx
Rrx −=
(2-3)
Trong đó:
r – bán kính tự do của bánh xe,
( )
/ 2r B d
= +

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)
R

. ϕ
Y
. x (2 - 4)
Trong đó:
ϕ
Y
– hệ số bám ngang, chọn ϕ
Y
= 0,7
Vậy ta có: M
2
= 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 M
3
. Trong tính toán giá trị mômen cản M
3
được kể đến bởi hệ số χ.
Như vậy, tổng mômen quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định bằng công
thức:
η
χ
)(2
21
MM


=
(2 – 6)
Trong đó:
M
cvl
– mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
i
c
– tỷ số truyền cơ cấu lái, i
c
= 23,4
i
d
– tỷ số truyền của dẫn động lái, chọn i
d
=0,95
η
t
- hiệu suất thuận của cơ cấu lái, chọn η
t
= 0,72.
Thay các giá trị trên vào công thức (2 – 9), ta có:
M
cvl
= = =2,64 (KG.m)
Vậy M
cvl
= 2,64 KG.m
* Lực tác dụng lớn nhất của người lái lên vành tay lái khi chưa có trợ lực:

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 X
1
= 84,78 (mm).
14
+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn của
bánh răng. Đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng thì số vòng quay của vành lái
thì cũng là số vòng quay của bánh răng.
Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe
quay là n = 1,5 vòng.
Ta có công thức
Suy ra: R =
1
2 1.5
X
π
= 9 mm.
2.3.2. Xác định các thông số của bánh răng
Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy.
D
c
=
cos
n
m Z
β
( 2.9)

Cos =
n
c
Zm
D
=
7.2,5
18
= 0,97
Suy ra  = arccos 0.972 = 14
0
Môdun ngang của bánh răng :

cos
n
t
m
m
β
=
=
0
2.5
cos14
= 2.57
Số răng tối thiểu:
Z
min
= 17cos
3

X
1
= 2Rn
( 2.8)