Lời nói đầu
Trên nền tảng của đất nớc đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế
đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất n-
ớc và sự hội nhập của các nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nớc ta ngày
càng đợc chú trọng và phát triển. Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ôtô
giữa nớc ta với nớc ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các
tỉnh của cả nớc nh: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO, KIA, Một
vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên
tiến của các nớc có nền công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất
cũng nh sử dụng bảo dỡng trên xe Ôtô.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thống
lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hớng chuyển động của Ôtô, nó
đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng nh quay vòng của
bánh xe dẫn hớng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hởng
rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ôtô, đặc
biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó ngời ta không ngừng cải tiên hệ thống
lái để nâng cao tính năng của nó.
Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ
thuật hiện đại. Em đã đợc giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống lái trợ lực
điện xe kia-morning .
Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính
năng an toàn chuyển động và giúp cho ngời lái giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏi
phải có thời gian dài nghiên cứu và thực nghiệm. Mặc dù đã có nhiều cố
gắng nhng với khả năng và thời gian hạn chế nên bản đồ án của em còn
nhiều khiếm khuyết. Em mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ án đ-
ợc hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hớng dẫn : Phạm Hữu Nam đã
tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành đợc bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơ khí tr-
ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng các bạn đã giúp đỡ em trong quá

+ Đảm bảo động lực học chuyển động và quay vòng của xe : Đảm bảo ổn
định bánh xe dẫn hớng, các bánh xe dẫn hớng sau khi thực hiện quay vòng
cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng
3
+ Lực điều khiển mhẹ nhàng và phải tỉ lệ với mô men cản mặt đờng: mô
men cản lớn thì lực điều khiển phải lớn và ngợc lại.
+ 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, thờng chọn

= 0,65.
+ Hiệu suất nghịch.
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên
trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ
thống chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái đợc vì chúng bị
triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Đây là một tính chất rất quí của cơ cấu
lái. Nhng không thể đa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái
xẽ không tự trả lại đợc về vị trí ban đầu dới tác dụng của mômen ổn định.
Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban
đầu và để hạn chế các va đập từ đờng tác dụng lên hệ thống lái trong
một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch
nhất định, thờng lấy

= 0,5.
+ Đảm bảo sự bố trí của hệ thống: cách bố trí không đợc quá phức tạp, cồng
kềnh, và giá thành của hệ thống không quá cao, làm việc ổn định, độ tin cậy
và tuổi thọ làm việc cao.
2. Các hệ thống lái có trợ lực .
Để giảm cờng độ hoạt động của ngời lái thì hệ thống lái cần có trợ lực

lớn van phân phối dầu đến xy lanh càng nhiều dẫn đến trợ lực càng nhiều do
áp suất dầu tăng.
+ Với trạng thái quay vòng phải sẽ ngơc lại với quay vòng trái dầu đợc van
phân phối cấp tới khoang bên phải của xy lanh và thanh răng đợc đẩy sang
trái.
+ Trạng thái đi thẳng: van phân phối ở vị trí trung gian lúc này áp suất dầu ở
hai khoang xy lanh là nh nhau vì vậy lực tác dụng lên thanh răng bị triệt
tiêu.
Nh vậy hệ thống làm việc dựa vào 1 thông số mô men trục lái vì vậy ta có
các u nhợc điểm của hệ thống là nh sau:
2.1.2 Ưu nhợc điểm của hệ thống
+Ưu điểm:
- Giúp ngời lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so vơí hệ thống lái không có trợ
lực vì có thêm trợ lực tác động của xy lanh lực lên thanh răng do áp suất dầu
của bơm trợ lc gây ra.
- Là cơ cấu an toàn khi xe bị nổ lốp hoặc xì hơi.
6
Van điều khiển
- Kết cấu đơn giản so với hệ thống trợ lực khác: trợ lc khí nén và trợ lực
điện.
- Làm việc tin cậy có độ bền cao, chịu đợc va đập nhẹ.
+ Nhợc điểm:
- áp suất dầu đợc tạo ra từ bơm dầu mà bơm dầu lại đơc dẫn động từ trục
khuỷu của động cơ và bơm dầu luôn luôn hoạt động trong suôt quá trình xe
chạy vì vậy làm tốn công suất của động cơ thòng xuyên.
- Hệ thống cần độ kín khít cao, nên thờng xuyên phải kiểm tra sự dò dỉ dầu
của hệ thống.
- Kết cấu đơn giản nhng hệ thống cồng kềnh dẫn đến tăng khối lợng của hệ
thống.
- Làm việc ồn do tiếng kêu của bơm dầu và dầu chảy qua các đờng ống và

cảm biến tốc độ xe từ đó tính toán mô men cần trơ lực từ đó điều khiển
motor điện.
+ Cảm biến tốc độ xe có nhiệm vụ đa tín hiệu tốc độ của ô tô tới ECU
3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện.
8
Cảm biến
vận tốc xe
Hình 1.7 là sơ đồ tín hiệu vào ra của hệ thống.
Hình 1.7 sơ đồ tín hiệu vào ra.
Theo hình 1.5 và hình 1.7 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là
ECU tiếp nhận 2 tín hiệu chính: tín hiệu đa vào từ cảm biến mô men của
trục lái và tín hiệu của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó ECU tính
toán dẫn động motor điện trợ lc mô men thích hợp với lực đánh lái. Lực
đánh lái càng nhiều thì motor điện càng phải trợ lực nhiều hơn, nhng mô
men trợ lực của motor sẽ đợc điều khiển giảm dần khi vận tốc xe tăng dần.
+ Trạng thái quay vòng : khi ngời điều khiển quay vành lái tác động lên
cảm biến mô men, cảm biến mô men truyền tín hiệu cảm biến đợc tới ECU
kết hợp với tín hiệu từ cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính toán dẫn động
mô tơ điện trợ lực mô men thích hợp và nhờ cảm biến mô men mà ECU xác
định đợc chiều quay của trục lái từ đó điều khiển chiều quay của motor
điện cho thích hợp
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không quay nên cảm biến mô men không phát
hiện có mô men trên trục lái tín hiệu đa vào ECU của cảm biến mô men là
không có nên ECU cha điều khiển mô tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái đi
thẳng đợc giữ nguyên mà không có sự trợ lực
3.3 so sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện
tử và hệ thống lái trợ lực dầu:
Ta thấy hệ thống lái trợ lực dầu làm việc dựa trên 2 thông số là mô men và
góc quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số:
9

Loại cơ cấu lái này hiện nay đợc sử dụng rộng . Trên phần lớn các ôtô
Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này.
Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên
10
A
A
A-A
B
Nhìn theo B
11
21
31
các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lợng ren của loại cơ cấu lái
trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

Hình 1.8 cơ cấu lái trục vít con lăn
1 -Trục vít; 2 -Con lăn.
Ưu điểm:
- nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhng
sự tiếp xúc các răng ăn khớp đợc lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là
giảm đợc áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc đợc phân tán tùy theo cỡ ôtô mà
làm con lăn có hai đến bốn vòng ren.
- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay đợc ma sát trợt bằng ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đờng trục của
con lăn nằm lệch với đờng trục của trục vít một đoạn = 5 ữ 7mm, điều này
cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá
trình sử dụng.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác
định theo công thức:

+ Phơng án 2: Cơ cấu lái trục vít chốt quay( xem hình 1.9)
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
- Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.
Hình 1.9 - Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu
cầu cho trớc. Tùy theo điều kiện cho trớc khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta
có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc
giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay
ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát
sinh ma sát trợt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục
vít và chốt quay thì chốt đợc đặt trong ổ bi.
Nếu bớc của trục vít không đổi thì tỷ số truyền đợc xác định theo công
thức:
0
2
c
r
i Cos
t

=
12
10
9
8

13
.
Hình 1.10 - Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
1. vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2.Bi dới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ôc hãp
4.Êcu bi 9.Bánh răng rẻ quạt
5.ổ bi trên 10.Bi
Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi cung răng có những u điểm sau: Do lực
cản nhỏ, do ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ (do có ma sát lăn).
+ Tỷ số truyền :
Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng
cách thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của
cơ cấu lái thì làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái. Trên các xe có trợ lực
lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi đợc.
Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính
ăn khớp của các răng rẻ quạt C
1
,C
2
,C
3
là bằng nhau và các bán kính ăn khớp
D
1
,D
2
,D
3
của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau. Do vậy tỷ số truyền của

trợt.Sự dịch chuyển của thanh răng đợc truyền tới đòn bên qua các đầu
thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hớng quanh trụ xuay đứng.

Hình 1.12 - Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
1.Trục lái. 7.Đai ốc .
2.Chụp nhựa. 8.Đai ốc điều chỉnh .
3.Đai ốc điều chỉnh. 9.Lò xo.
4. ổ bi trên. 10.Thanh răng.
5.Vỏ cơ cấu lái. 11.trục răng.
6. Dẫn hớng thanh răng . 12. ổ bi dới.
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng
nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngợc chiều với chiều nghiêng của thanh
răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp
với việc bố trí vành lái trên xe.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các u điểm sau:
- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác
dụng nh thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang nh các cơ
cấu lái khác.
+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.Sức cản trợt, cản lăn
nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.
+ cơ cấu lái đợc bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dỡng
15
Lựa chọn phơng án:
Với 4 phơng án trên em lựa chọn phong án 4 làm phơng án thiết kế vì hệ
thống đã có trợ lực ta chỉ cần cơ cấu lái đơn giản không cần có tỉ số truyền
phải lớn và thay đổi, và lúc đó thanh răng đợc lấy luôn là 1 khâu của hình
thang lái.
4.2 Phơng án lựa chọn dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng
quay của tất cả các bánh xe dẫn hớng khi quay vòng.

4.3 Phơng án lựa chọn thiết kế trợ lực điện.
Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phơng án bố trí sau:
+ phơng án 1: motor trợ lực cho bánh răng chủ động(pinion-type).
Hình1.15 là Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type.

17
Hình1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủ
động của cơ cấu lái, nên mô men của motor không cần phải lớn và tốn
không gian bố trí bên dới.
+ phơng án 2: motor trợ lực vào thanh răng(rack-type).
Hình 1.16 là Sơ đồnguyên lý trợ lực kiểu rack-type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ
thống.
- Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dới.
18
`
H×nh 1.16 - S¬ ®å nguyªn lý trî lùc kiÓu rack-type
19
+ phơng án 3: motor trợ lực cho trục lái(column -type )-xem hình 1.17)
Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu column -type
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ
thống.
- Motor trợ lực, cảm biến mô men, và ECU đợc gắn vào trục lái.
- Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không
gian bên dới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng
thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dỡng sửa chữa motor và phần điều
khiển ECU.
- vì motor trợ lực đặt trớc cơ cấu lái nên mô men lớn nhất của motor không
cần phải lớn .

Hộp số tự động 4 số
Cỡ lốp 165/60/R14
Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 4,6
Trọng lợng không tải (N) 8500
Trọng lợng toàn tải (N) 13500
Trọng lợng cầu trớc G
1
(N) 7400
Trọng lợng cầu sau G
2
(N) 6100
Vận tốc cực đại(km/h) 160
1. Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đã lựa chọn
Đặc điểm kết cấu:
22
Cơ cấu lái
ECU
Cảm biến
mô men
motor
Trục lái
Vô lăng
Hình 1.20 là hình vẽ kết cấu của cụm trợ lực điện, gồm các bộ phận chính
sau:
+ Trục 1: Là trục bắt vào vành lái có nhiệm vụ nhận và truyền lực của ngời lái
từ vành lái xuống dới.
+ Thanh xoắn: nối giữa trục 1 và trục 2 bằng chốt, có nhiệm vụ đảm bảo cho
trục 1 và trục 2 chuyển động quay tơng đối với nhau.
+ Cảm biến mô men: đợc gắn trên trục 1, có nhiệm vụ xác định mô men mà
ngời lái tác dụng trên trục 1, từ đó gửi tín hiệu đến ECU.

lực mô men không đổi vào trục 2( xem hình 1.20)
- Trạng thái quay vòng: khi ngời lái quay vành lái sang, cảm biến mô men
xác định đợc chiều quay và mô men tác dụng trên trục lái, ECU điều khiển
motor trợ lực phù hợp theo chiều quay của vành lái.
- nguyên lý chép hình: khi ta quay vành lái, dựa vào tín hiệu của cảm biến
mô men mà ECU tính toán điều khiển motor trợ lực phù hợp, khi ta giữ
nguyên vành lái không quay nữa, cảm biến mô men xác định đợc trang thái
này, thì ECU điều khiển motor trợ lực đến đó không quay nữa. khi ta quay
tiếp cảm biến mô men xác định đợc tín hiệu này,ECU điều khiển motor trợ
lực tiếp tục trợ lực phù hợp lực tác dụng lên vành lái và vận tốc của xe. Khi ta
quay vành lái càng mạnh thì motor trợ lực cho hệ thống càng nhiều.
+Cảm biến mô men trục lái.
Cấu tạo:
Trên hình 1.21 thể hiện cấu tạo cảm biến mô men trục lái, bao gồm các bộ
phận chính sau:
+ Roto là bộ phận ghép vào trục lái bằng then hoa.(xem hình 1.22).
24
Hình 1.21 - Cảm biến mô men
Hình 1.22 - Cấu tạo roto.
- Trên vỏ roto có gắn các nam châm vinh cửu ở vành trên và vành dới.
- Roto có nhiệm vụ tạo ra từ trờng biến thiên khi ta quay trục lái.
+ Mạch điện cảm ứng.(xem hình 1.23)
Hình 1.23 - Bộ phận cảm ứng và mạch điện.
25
Vỏ trên
Mạch cảm ứng
Vỏ dới
Roto
Nam châm vĩnh cửu
Then hoa