MỤC LỤC
Hình 1.1 : Hệ thống lái 1 V
Hình 1.2: Biến dạng của lốp 4 V
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4 V
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6 V
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái. 8 V
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9 V
Hình 2.1: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng 11 V
Hình 2.2: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau 12 V
Hình 2.3: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ô tô 14 V
Hình 2.4 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng. 15 V
Hình 2.5: Góc caster và khoảng caster của bánh xe 16 V
Hình 2.6: Mô hình một vết của ô tô 17 V
Hình 2.7: Quan hệ động lực học của mô hình một vết 19 V
Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20 V
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25 V
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27 VI
Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28 VI
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29 VI
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều. 30 VI
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31 VI
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31 VI
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33 VI
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34 VI
Hình 3.9 : Cấu tạo roto. 35 VI
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 VI
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 VI
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 VI
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 VI
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 VI
I

Hình 2.8: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời 20 IX
II
Hình 2.10: Quan hệ của mômen đánh lái với mômen trả lái về 25 IX
Hình 3.1: Sơ đồ EPS kiểu column-type 27 IX
Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28 IX
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29 IX
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều. 30 X
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31 X
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31 X
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33 X
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34 X
Hình 3.9 : Cấu tạo roto. 35 X
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 X
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 X
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 X
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 X
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 X
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49 X
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50 X
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51 X
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51 X
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52 X
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52 X
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54 X
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55 X
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô trong trường
hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56 X
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái
có tỷ số truyền thay đổi 58 X
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có

Hình 3.2: Sơ đồ EPS kiểu pinion-type 28 XI
Hình 3.3 : Sơ đồ EPS kiểu rack-type 29 XI
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều. 30 XI
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31 XI
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31 XI
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33 XI
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34 XI
Hình 3.9 : Cấu tạo roto. 35 XI
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 XI
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 XI
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 XI
V
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 XI
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 XI
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49 XI
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50 XI
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51 XI
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51 XII
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52 XII
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52 XII
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54 XII
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55 XII
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô trong trường
hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56 XII
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái
có tỷ số truyền thay đổi 58 XII
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có
tỷ số truyền cố định 58 XII
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc của ô tô trong
trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi. 59 XII

Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật tham khảo của xe KIA MORNING 29
3.3. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lựa chọn 30
3.3.1. Động cơ điện một chiều 30
30
Hình 3.4: Cấu tạo động cơ điện một chiều 30
31
Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều 31
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển motor điện của EPS 31
Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34
Hình 3.9 : Cấu tạo roto 35
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37
VII
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô
trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc
với hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 58
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với

Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37 VII
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46 VIII
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47 VIII
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47 VIII
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48 VIII
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49 VIII
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50 VIII
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51 VIII
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51 VIII
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52 VIII
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52 VIII
IX
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54 VIII
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55 VIII
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô trong trường
hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56 VIII
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái
có tỷ số truyền thay đổi 58 VIII
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có
tỷ số truyền cố định 58 VIII
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc của ô tô trong
trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi. 59 VIII
DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ VIII
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT XIII
LỜI NÓI ĐẦU XIV
PHẦN I: MỞ ĐẦU XV
1.1. Lý do chọn đề tài XV
1.2. Mục tiêu của đề tài XV
1.3. Phạm vi giới hạn của đề tài XV
1.4. Phương pháp nghiên cứu XV

Hình 3.7: Kết cấu cụm trợ lực điện 33
Hình 3.8: Cấu tạo của cảm biến mômen 34
Hình 3.9 : Cấu tạo roto 35
Hình 3.12: Mô hình tính toán hệ thống lái điện xe KIA 37
Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái 46
Hình 4.2: Chương trình tính toán Jeq và Beq 47
Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor 47
Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng 48
Hình 4.10: Chương trình tính toán góc xoay thân xe 49
Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe 50
Hình 4.12: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe 51
Hình 4.13: Chương trình tính mômen trả lái về 51
XI
Hình 4.14: Đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 52
Hình 4.15: Chương trình tính mômen trợ lực 52
Hình 4.16: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng 54
Hình 4.17: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc 55
Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ô tô
trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 56
Hình 4.19: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc
với hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 58
Hình 4.20: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với
hệ thống lái có tỷ số truyền cố định 58
Hình 4.21: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc
của ô tô trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 59
XII
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
XIII
TT Ký hiệu Giải thích Đơn vị
1

Góc quay của trục lái rad
16 J
c
Mômen quán tính của trục lái Kg.m
2
17 δ Góc quay của bánh xe dẫn hướng rad
18 i
r
Tỷ số truyền cơ cấu lái
19 J
m
Mômen quán tính của motor điện Kg.m
2
20 K
m
Hệ số mômen của motor điện N.m/A
21 x
r
Chuyển vị của thanh răng m
22 M
s
Mômen tác động lên vành tay lái N.m
LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ
mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt
trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản phẩm xe hơi.
Nó không những là phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó còn là tác phẩm thể hiện sự tiện
nghi, sang trọng. Đi cùng với nó là nâng cao tính an toàn tạo ra sự êm ái, thoải mái khi
điều khiển. Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an toàn

khả năng đáp ứng yêu cầu đòi hỏi thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái trợ lực điện.
- Xây dựng được mô hình, mô phỏng nghiên cứu đặc tính làm việc của hệ thống lái
trợ lực điện, có kể đến ảnh hưởng của sự biến dạng của lốp, vận tốc của ô tô, mômen tác
động lên vành tay lái trên máy tính bằng phần mềm Matlab&Simulink.
1.3. Phạm vi giới hạn của đề tài
Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống lái trợ lực điện trên xe ô tô hiện đại (KIA Morning).
Xây dựng và mô phỏng số bằng phần mềm Matlab&Simulink.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thông qua mô phỏng trên máy tính
Phương pháp này được thực hiện qua các bước:
Bước 1: Tìm hiểu về các vấn đề tỷ số truyền động học, động lực học của hệ thống lái
Bước 2: Nghiên cứu và thiết lập mô hình toán học (Các phương trình vi phân mô tả
hệ thống và các quy luật vật lý) trên phần mềm Matlab&Simulink.
Bước 3: Lập trình giải bài toán mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab
Simulink. Chọn một bộ số liệu tính toán cho xe để ứng dụng vào tính toán mô phỏng.
Bước 4: Đưa ra các kết quả cụ thể bằng đồ thị. Phân tích, thảo luận, đánh giá và
nhận xét các kết quả.
XV
1.5. Nội dung chính của đồ án
Nội dung chính sẽ được trình bày qua các chương sau:
+ Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu.
+ Chương 2: Yêu cầu thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái.
+ Chương 3: Xây dựng mô hình hệ thống lái trợ lực điện.
+ Chương 4: Mô phỏng số.
+ Kết luận và kiến nghị.
XVI
PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống lái
1.1.1. Công dụng

- 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 trợ lực
- 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.
2
- 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.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô
lăng (P

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.
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 mômen 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

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 ô tô 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.
6
+ 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.
7
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: Motor trợ lực 3: Cảm biến mômen.
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 mômen, cảm
biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính toán và điều khiển motor
trợ lực
+ Motor trợ lực: Motor trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít – bánh vít
và được điểu khiển bằng ECU, motor có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác nhau tùy
theo mức độ đánh lái của người lái và mômen cản quay vòng.
+ Cảm biến mômen: Cảm biến mômen được gắn vào phía trong trục lái, dựa vào