BỘ GI•O DỤC Vƒ ĐƒO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA C‹NG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHI•N CỨU HỆ THỐNG TRỢ LỰC
L•I ĐIỆN TỬ TR•N ‹T‹
(HỆ THỐNG TRỢ LỰC L•I ĐIỆN)

C•N BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VI•N THỰC HIỆN

Nguyễn Nhựt Duy

Nguyễn Thế Vinh (MSSV:1097279)
Ng€nh: Cơ kh‚ giao thƒng – Kh…a: 35

Thšng 4/2013


Lời cảm ơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
********
Cần Thơ, ngày 14 tháng 1 năm 2013


tốc độ 10km/h, lực đặt lên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N. Đảm bảo khả

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

1


Lời cảm ơn.

năng bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người sử dụng khi va đập chính
diện.
Với những yêu cầu trên của hệ thống lái thì cac1 hệ thống lái thông dụng đã
phần lớn đáp ứng được những yêu cầu trên.
6. Địa điểm , thời gian thực hiện : Phòng thí nghiệm Ôtô-máy kéo, Khoa Công
nghệ.
7. Giới thiệu trung về thực trạng có liên quan tới vấn đề trong đề tài: Do ngày
nay xã hội càng phát triển con người còn có những phương tiện đạt yêu cầu công
nghệ cao. Ít tốn công sức khi vận hành xe, làm cho người lái thấy thoải máy nên
hãng Toyota đã và đang phát triển hệ thống trợ lực lái trên ôtô hiện đại.
8. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài :
Dàn ý:
Luận văn gồm 6 chương
Chương I

Mở đầu.

1.1. Lý do chọn đề tài
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1.3. Giới hạn đề tài
1.4. Phương pháp nghiên cứu

3.4.1. Yêu cầu hệ thống trợ lực
3.5. Các hệ thống trợ lực lái trên ôtô
3.5.1. Hệ thống lái trơ lực thủy lực
3.5.2. Hệ thống lái trợ lực thủy lực – điện
3.5.3.Hệ thống lái trợ lực môtơ điện
Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái.
4.1. Yêu cầu của hệ thống lái
4.2. Lực cản quay vòng
4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi quay vòng
4.3.1. Tốc độ chuyển động
4.3.2. Trọng lực thẳng đứng tác dụng lên cầu xe dẫn hướng
4.3.3. Hệ số bám φ
Chương V

Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử.

5.1. Khái niệm chung về hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
5.2. Phân tích các hệ thống trợ lực lái
5.3. Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

3


Lời cảm ơn.

5.3.1. Van xoay phân phối
5.3.2. Bơm thủy lực
5.3.3. Hệ thống cảm biến lái trợ lực điện tử


Chương VIII Kết luận và kiến nghị.

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

4


Lời cảm ơn.

9. Kế hoạch thực hiện

STT

Thời gian

3

14/1/201321/1/2013

Đề cương

4

21/1/201328/1/2013

Chương I : Mở đầu

5


Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống
Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống
Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống
lái
Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử
Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử
Chương VI Đặc điểm bảo dưỡng, sửa chữa phần trợ lực lái
điện

25/3/20131/4/2013

Chương VII Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái

1/4/201315/4/2013

Hoàn tất, chỉnh sửa

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

Chương VIII Kết luận và kiến nghị

5


Lời cảm ơn.

16,17

15/4/201327/4/2013


Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Vinh

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

7


Tóm tắt đề tài.

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Mục tiêu:
-

Nắm vững kiến thức về đặc tính của hệ thống trợ lực trợ lái

- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống trợ lực lái điện trên ôtô
hiện đại
-

Phân tích ưu nhược điểm cả các hệ thống trợ lực lái điện tử

-

Tìm hiểu cách khắc phục sự cố hư hổng của trợ lực lái điện tử

-

Phân tích hiệu quả của việc sử dụng hệ thống trợ lực lái


-

Chương 4. Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái

-

Chương 5. Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử

-

Chương 6. Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện

-

Chương 7. Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái

-

Chương 8. Kết luận và kiến nghị

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

8


Lời nói đầu.

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay giao thông ở nước ta giữ một vai trò rất quan trọng trong sự phát

1.1 Lý do chọn đề tài ............................................................................................4
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài................................................................................ 4
1.3 Giới hạn đề tài .......................................................................................................... 5
1.4 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................... 5
1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiển.. .............................................................. 5
1.6 Bố cục của đồ án....................................................................................................... 6
Chương 2. Động lực học quay vòng của ôtô……………………………………………….7
2.1 Quá trình quay vòng ôtô........................................................................................... 7
2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng ........................................... 9
2.3 Các lực tác dụng lên ôtô khi ôtô quay vòng.............................................................. 10
2.4 Xét sự quay vòng của bánh xe khi tính đến sự biến dạng của lốp.............................. 11
2.5 Các trường hợp quay vòng ....................................................................................... 11
2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính .................................................................... 11
2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu............................................................................ 12
2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa ............................................................................. 13
2.6 Ổn định khi quay vòng............................................................................................. 13
Chương 3. Phân tích các thông số trong hệ thống lái............................................................ 16
3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô ............................................................................. 16
3.2 Điều kiện quay vòng không trượt ............................................................................. 17
3.3 Hình học lái ............................................................................................................. 19

3.3.1 Góc camber............................................................................................19
3.3.2 Góc nghiêng dọc .............................................................................................. 21
3.3.3 Góc nghiêng ngang của trục chuyển hướng ..................................................... 23
3.3.4 Độ chụm bẹt đầu xe......................................................................................... 24

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

10


5.4 Hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS ..................................................... 60
5.5 Những ưu điểm của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS ............................................. 62
5.6 Hệ thống trợ lực lái điện EPS................................................................................... 66
5.6.1 Giới thiệu về hệ thống trợ lực lái điện EPS....................................................... 66
5.6.2 Các dạng bố trí trợ lực lái . ............................................................................... 69
5.6.2.1 Bộ trợ lực lái trên thanh răng ( Campru, Lexus ).. ....................................... 69

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

11


Mục Lục

5.6.2.2 Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái .................................................................... 73
Chương 6. Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện.. ..................................... 75
6.1 Qui trình xử lý sự cố.. .............................................................................................. 75
6.2 Chuẩn hóa cho cảm biến mômen.............................................................................. 76
6.2.1 Chuẩn “ không ” cho cảm biến mô men bằng thiết bị thử thông minh.............. 76
6.2.2 Chuẩn “ không ” cho cảm biến mômen bằng thiết bị thử cầm tay STT............. 76
6.3 Tháo lắp bộ điều khiển điện tử ECU. ...................................................................... 77
6.3.1 Tháo.............................................................................................................. 77
6.3.2 Lắp ................................................................................................................ 78
Chương 7. Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái........................................................... 82
7.1 Giới thiệu và trình bài nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS.................... 79
7.2 Xây dựng và giải thích lưu đồ thuật toán.................................................................. 79
7.3 Xây dựng phần cứng tương ứng ............................................................................... 84
Chương 8. Kết luận và kiến nghị ........................................................................................ 86
8.1 Kết luận ................................................................................................................... 86
8.2 Kiến nghị ................................................................................................................. 87

từ những yêu cầu và đặc điểm đó.
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.
Cho nên em chọn đề tài nghiên cứu về hệ thống trợ lực lái điện để tìm hiểu
sâu hơn về hệ thống trợ lực lái điện.

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:
Mục tiêu của đề tài :
Mục tiêu tổng quát : Hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử
Mục tiêu cụ thể :
- Phân tích các thông số và động lực học quay vòng
- Phân tích trợ lực lái điện tử

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

13


Chương 1: Mở đầu.

Nhiệm vụ của đề tài:
Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt
đường nhỏ.
Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng phải tự động quay về trạng
thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng
chỉ cần tác động lên vành lái ôtô lực nhỏ hơn lực tác động khi láo xe vào đường
vòng.
Đối với hệ thống lái có trợ lực, phải cho phép điều khiển được xe khi hệ
thống trợ lực có sự cố.
Một số nước còn qui định một số yêu cầu cụ thể khác đối với hệ thống lái
của ôtô:

chức năng chẩn đoán và các thông tin tổng quát chung của xe (CAN).
Như vậy hệ thống EPS có khả năng xử lý rộng rãi nhiều thông tin liên quan
tới khả năng quay vòng của ôtô, hoàn thiện chất lượng điều khiển và quay vòng, và
đặc biệt là sự làm việc của EPS không phụ thuộc vào tốc độ làm việc của động cơ
đốt trong.
- Giá trị thực tiễn:
Không gây tổn hao công suất động cơ thường xuyên, trợ lực điện chỉ đòi hỏi
năng lượng cần thiết khi quay vôlăng. Xe được trang bị hệ thống này tiết kiệm được
3% nhiên liệu so với xe dùng trợ lực dầu.
Trợ lực điện có giá thành hạ, cấu tạo đơn giản: môtơ, bánh răng và một vài
cảm biến. Kết cấu gọn nhẹ này có thể dễ dàng đặt dưới capô bất kỳ xe nào. Trong
trường hợp trợ lực điện bị hỏng, lực xoay vô lăng chỉ như xe không trợ lực lái, chứ
không quá nặng như trường hợp hỏng trợ lực dầu.
Ưu điểm lớn nhất của trợ lực điện là đảm bảo được sự chính xác và nhẹ
nhàng của tay lái. Ví dụ như xe Fiat Punto, hệ thống này có 2 chế độ làm việc, ở chế
độ "Thành phố" nó hoạt động tối đa để giúp tài xế cơ động với tốc độ thấp hay khi
đỗ xe. Với chế độ "Bình thường", trợ lực sẽ giảm xuống mức tối thiểu nhằm đảm
bảo độ chính xác và cảm nhận tốt nhất cho người lái. Chỉ với một nút bấm, người ta
có thể dễ dàng chuyển đổi qua lại giữa 2 chế độ. Nếu tài xế để quên chế độ "Thành
phố" khi chạy trên xa lộ, thiết bị điện tử sẽ tự động chuyển sang chế độ "Bình
thường" khi tốc độ xe vượt quá 70 km/h, sau một thời gian nhất định.
Trên ôtô, nhiều thiết bị trước đây được coi là xa xỉ như compac disc, kính
điện, sưởi gương... bây giờ đã là tiêu chuẩn của các xe thông thường. Trong tương
lai gần, cơ cấu hỗ trợ tay lái bằng thủy lực sẽ phải nhường chỗ cho trợ lực điện, vì
sự ưu việt của hệ thống này là không thể phủ nhận.
1.6 Bố cục của đồ án
Luận văn gồm 8 chương:
Chương I

Mở đầu

kéo bánh xe, người ta có thể sử dụng một
trong các biện pháp sau:

j

tA
c

v

b

j x c jcdA j ato A
jy
j da
a

v

v

θ2

θ

R

Biện pháp thứ hai: truyền những
mômen quay có các trị số khác nhau tới
các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải

cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm
đó chính là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O trên Hình 2.1)
Từ sơ đồ trên Hình 2.1, ta rút ra được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc
quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt khi xe
vào đường vòng:
Ở đây:
cot gθ 1 - cot gθ 2 =

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

B
L

16


Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.

θ 1 và θ 2 - góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so

với tâm quay vòng của xe;
B – khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng.
L – chiều dài cơ sở của xe.
Với biểu thức (2-1) ta có thể xây dựng đường cong lý thuyết θ1 = f (θ 2 )
θ 1o
Lý thuyết

30
25


Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhưng không đảm bảo được mối quan
hệ chính xác giữa những góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng như nêu trong
biểu thức (2-1). Mức độ sai khác này phụ thuộc vào việc chọn lựa kích thước của
các khâu tạo nên hình thang lái.

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

17


Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.

2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng
Trong quá trình chuyển động của ôtô, bánh dẫn hướng chịu tác dụng các lực
như sau:

Hình 2.3 Các lực tác dụng
nghiệm

Hình 2.4

Đồ thị khảo

Tải trọng thẳng đứng G1
Lực cản lăn Pf = G1 .f
Lực đẩy P = -Pf
Khi xe quay vòng, lực đẩy của xe lúc này là P’.
P’f = P’.cos θ
Y = P’.sin θ
f: hệ số cản lăn và hệ số bám ngang


Py = Plt . cos α
Py =

≈P

lt

( α : góc quay xe)

G
.Jy
g

Jy = Jv .cos α + Jt .sin α

′ VR = VL.θ => α ′= VL.θ + V L′.θ
V .θ
J = ρ .α ′
=ρ .
L
α =

2

v

2

2


V 2 .θ 2 L
V .θ V .θ b
Jy= ρ . 2 .
+ ρ .(
+
).
L ρ .θ
L
L f

Py=

′

′

G
G
.J y =
.(V 2 .θ + b.θ .V + b.V .θ )
g
ρ .θ

Qua biểu thức trên ta thấy rằng khi đi vào đường vòng, để giảm Py thì ta phải
giảm tốc độ V.

2.4 Xét sự quay vòng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp

Hình 2.6 Sự quay vòng của xe có lốp đàn hồi

L
θ + (δ 2 - δ 1 )

2.5 Các trường hợp quay vòng
2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính. δ 1 = δ 2 => R = R0
Đây là trường hợp xe có tính năng quay vòng định mức . Ở trường hợp này
để giữa cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác dụng thì người lái cần quay
vành tay lái như thế nào để xe lệch khỏi trục một góc δ = δ 1 = δ 2
Khi ô tô đang chuyển động thẳng θ = 0 . Nếu xuất hiện δ 1 = δ 2 thì ôtô sẽ
chuyển động xiên theo phương dọc một góc δ và như vậy người lái có thể dùng vô
lăng để điều chỉnh quỹ đạo chuyển động.

Hình 2.7 Trường hợp quay vòng trung tính
2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu
Trường hợp δ 1 > δ 2 xe có tính năng quay vòng thiếu ( Hình 2-7 ) . Ở trường
hợp này xe có khả năng tự giữ được hướng chuyển động thẳng nhờ lực ly tâm Plt có
chiều ngược với chiều tác động của lực Y.

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

21


Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.

Hình 2.8 Trường hợp quay vòng thiếu
2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa

Hình 2.9 Trường hợp quay vòng thừa
Trường hợp δ 1 < δ 2 xe có tính năng quay vòng thừa (Hình 2.8) . Ở trường

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 camber ta có thể phân phản lực thẳng đứng Zb làm hai thành
phần: Zbcosβ và Zbsinβ như Hình 2.10.

Hình 2.10 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 MZβ = Zblsinβsinα. Trong đó l
là khoảng cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới đường tâm trụ đứng.

SVTH: Nguyễn Thế Vinh

23


Chương 2: Động lực học quay vòng của ôtô.

Moment ổn định MZβ tăng lên cùng với sự tăng của góc quay vòng α của
bánh xe dẫn hướng, MZβ nhỏ và ảnh hưởng của nó tới tính ổn định không lớn.
Moment này có ý nghĩa chủ yếu là làm cho bánh xe dẫn hướng tự động quay về vị
trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng.
Khi quay vòng bánh xe dẫn hướng, moment MZβ sẽ chống lại sự quay vòng,
vì vậy cần phải tăng thêm lực tác dụng lên vành tay lái. Mặt khác, nhờ độ nghiêng
ngang của trụ đứng mà moment do phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe
sẽ giãm xuống.vì cánh tay đoàn của nó được giảm đi.
Trị số của góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ôtô hiện nay thường dao
động trong giới hạn từ 0o đến 8o.
Ngoài ra, trụ đứng còn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển
động tiến của xe. Dưới tác dụng của lực ly tâm khi xe vào đường vòng, lực gió
ngang hoặc lực nghiêng ngang của thùng xe khi xe chạy trên mặt đường nghiêng, ở