BM01/QT05/ĐT-KT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI KHƠNG TRỤC
LÁI

NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Minh Phú

1711250926

17 DOTB2

Đỗ Quang Trường

1711250295

17 DOTB2

Lê Hồng Ngun

1711251904

17 DOTB2

Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng … năm 202 …


LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến tồn thể q thầy cơ trong nhà trường
Đại Học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, q thầy cơ tại Viện Kỹ Thuật đã
dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt quá trình
học tập tại trường. Và sau một thời gian tập trung nghiên cứu, tham khảo tài liệu,
tính tốn, tìm hiểu thực tế cũng như kết hợp với kiến thức thu nhận được qua 4 năm
trên giảng đường. Cùng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân đó cịn là sự giúp đỡ
nhiệt tình của thầy: TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu cũng như tập thể các thầy giáo
trong Viện kỹ thuật Hutech, nhóm chúng em đã hồn thành đồ án: “ Thiết kế chế
tạo mơ hình hệ thống lái khơng trục lái” đủ khối lượng, đúng tiến độ và thời gian.
Vì điều kiện thời gian làm đồ án tốt nghiệp có hạn, trình độ và kinh nghiệm
chưa có nhiều cho nên chất lượng đồ án còn nhiều mặt hạn chế, còn nhiều thiếu sót
trong phần tính tốn và kết cấu có thể chưa hợp lý. Chúng em kính mong có được
sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ để đồ án tốt nghiệp của nhóm em được hồn
chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

ii



MỤC LỤC
Phiếu đăng kí tên đề tài đồ án tốt nghiệp
Phiếu giao nhiệm vụ
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................... ix
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ........................................................................... 2

1.1 Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 2
1.2 Tình hình nghiên cứu .................................................................................. 2
1.3 Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 3
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 3
1.5 Phương pháp nghiên cứu............................................................................. 3
1.6 Các kết quả đạt được ................................................................................... 4
1.7 Kết cấu của đề tài ........................................................................................ 4
Chương 2 HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI STEER-BY-WIRE ........................ 5

2.1 Phân loại hệ thống lái .................................................................................. 5
2.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái ....................................................................... 5
2.3 Các loại hệ thống lái.................................................................................... 6
2.3.1 Hệ thống lái cơ khí ............................................................................... 6
2.3.2 Hệ thống lái có trợ lực.......................................................................... 8

iii



2.3.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực (Hydraulic Power Steering)................... 8
2.3.4 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử ................................ 10
2.3.5 Hệ thống lái trợ lực điện .................................................................... 12
2.3.6 Hệ thống lái không trụ lái (Steer-by-wire)......................................... 13
2.4 Hệ thống lái không trụ lái Steer-by-wire .................................................. 16
2.4.1 Cấu tạo hệ thống lái không trụ lái Steer-By-Wire (SBW) ................. 16
2.4.2 Nguyên lý hoạt động .......................................................................... 17
2.4.3 Cảm biến mô men xoắn tay lái........................................................... 19
2.4.4 Động cơ điện ...................................................................................... 20
2.4.5 Cơ cấu lái ........................................................................................... 21
2.4.6 Hộp điều khiển hệ thống lái Steer-By-Wire (ECU) ........................... 22
2.4.7 Một vài lưu ý trong q trình sử dụng hệ thống lái khơng trụ lái ...... 23
2.4.8 Quy trình bảo dưỡng hệ thống lái ...................................................... 23
2.4.9 Những hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục ........................ 24
Chương 3 TÍNH TỐN THIẾT KẾ ............................................................................ 28

3.1 Thông số cơ bản xe Infiniti Q50 2013 ...................................................... 28
3.2 Tính tốn kiểm nghiệm ............................................................................. 28
3.2.1 Kiểm nghiệm động học hình thang lái ............................................... 28
3.2.2 Tính tốn momen cản quay vịng ....................................................... 33
3.2.3 Tính bền hệ thống lái.......................................................................... 36
3.2.4 Tính bền địn kéo ngang ..................................................................... 40
3.2.5 Tính bền địn kéo dọc ......................................................................... 42
iv


3.2.6 Tính bền thanh nối bên....................................................................... 43
3.2.7 Tính bền khớp cầu .............................................................................. 43
Chương 4 QUY TRÌNH THIẾT KẾ ............................................................................ 45


4.1 Mô phỏng mạch điện................................................................................. 45
4.1.1 Phần mềm mô phỏng mạch điện tử Proteus....................................... 45
4.1.2 Quy trình mơ phỏng ........................................................................... 46
4.2 Thiết kế bản vẽ 2D 3D .............................................................................. 47
4.2.1 Phần mềm thiết kế Solidwork ............................................................ 47
4.2.2 Bản vẽ 2D ........................................................................................... 48
4.2.3 Bản vẽ 3D ........................................................................................... 54
4.2.4 Quy trình thiết kế ............................................................................... 55
4.2.5 Mô phỏng ........................................................................................... 63
Chương 5 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN ................................................... 66

5.1 Đánh giá kết quả đạt được......................................................................... 66
5.1.1 Kết quả đạt được ................................................................................ 66
5.1.2 Những vấn đề cịn tồn đọng ............................................................... 67
5.2 Đóng góp ý kiến và kết luận ..................................................................... 68
5.2.1 Ý kiến đóng góp ................................................................................. 68
5.2.2 Kết luận .............................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 70
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 71

v


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Hệ thống lái cơ khí. ....................................................................................7
Hình 2.2: Hệ thống lái trợ lực thủy lực. .....................................................................9

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thủy lực. .........................................10
Hình 2.4: Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử. .....................................11
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử. ...........11
Hình 2.6: Đặc tính trợ lực của hệ thống lái trợ lực điện. .........................................13
Hình 2.7: Hệ thống lái khơng trụ lái. .......................................................................14
Hình 2.8: Hệ thống lái khơng trục lái tích hợp.........................................................15
Hình 2.9: Cơ cấu hệ thống lái Steer-by-wire. ..........................................................17
Hình 2.10: Sơ đồ hoạt động của hệ thống lái Steer-by-wire. ...................................18
Hình 2.11: Cấu tạo cảm biến mơ men. .....................................................................19
Hình 2.12: Cảm biến mơ men vành tay lái...............................................................20
Hình 2.13: Cấu tạo động cơ điện 1 chiều. ................................................................21
Hình 2.14: Cơ cấu lái bánh răng trụ- thanh răng. .........................................................22
Hình 2.15: Cách bố trí hộp điều khiển trên xe. ........................................................23
Hình 3.1: Sự quay vịng ơ tơ. ...................................................................................29
Hình 3.2: Sơ đồ hình thang lái khi xe chạy thẳng. ...................................................30
Hình 3.3: Sơ đồ hình thang lái khi xe quay vịng. ....................................................31
Hình 3.4: Các vị trí của hình thang lái. ....................................................................32
Hình 3.5: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng. ............................34

vi


Hình 3.6: Sơ đồ phân bố lực phanh. .........................................................................41
Hình 4.1: Sơ đồ mạch điện. ......................................................................................46
Hình 4.2: Lưu đồ thuật tốn .....................................................................................47
Hình 4.3: Bản vẽ thiết kế mơ hình. ..........................................................................49
Hình 4.4: Bánh răng .................................................................................................50
Hình 4.5: Thanh răng ...............................................................................................51
Hình 4.6: Bản vẽ Motor sevor ..................................................................................52
Hình 4.7: Vơ lăng .....................................................................................................53

Hình 4.8: Địn cam lái ..............................................................................................54
Hình 4.9: Rơ-tuyn .....................................................................................................54
Hình 4.10: Bản vẽ 3D mơ hình. ...............................................................................55
Hình 4.11: Hộp thoại mơi trường bản vẽ..................................................................56
Hình 4.12: Lệnh Sketch ............................................................................................56
Hình 4.13: ba mặt phẳng hình chiếu ........................................................................57
Hình 4.14: Câu lệnh Corner Rectangle ....................................................................57
Hình 4.15: Hộp thoại câu lệnh Boss-Extrude...........................................................58
Hình 4.16: Các câu lệnh vẽ đường thẳng .................................................................59
Hình 4.17: Các câu lệnh vẽ hình trịn. ......................................................................59
Hình 4.18: Hộp thoại Arc .........................................................................................60
Hình 4.19: Hộp thoại Revolve..................................................................................60
Hình 4.20: Hộp thoại Boss-Extrude. ........................................................................61
Hình 4.21: Các câu lệnh dùng để đo chi tiết. ...........................................................61
Hình 4.22: Hộp thoại Design Library. .....................................................................62

vii


Hình 4.23: Hộp thoại điều chỉnh thơng số bánh răng và thanh răng........................63
Hình 4.24: Hộp thoại Motion Study .........................................................................64
Hình 4.25: Hộp thoại Motor. ....................................................................................64
Hình 4.26: Giao diện điều chỉnh thời gian hoạt động của chi tiết. ...........................65
Hình 5.1: Mơ hình mơ phỏng hệ thống lái khơng trục lái ........................................66
Hình 5.2: Sơ đồ mạch điện .......................................................................................67

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG


BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Một vài hư hỏng, nguyên nhân, biện pháp khắc phục .............................24
Bảng 3.1: Các thông số tính tốn kiểm nghiệm .......................................................28
Bảng 3.2: Kết quả tính tốn góc δ ............................................................................33

ix


LỜI NĨI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền cơng nghệ, khoa học trên thế giới đã có
nhiều phát triển mạnh mẽ với nhiều thành công nổi bật hàng đầu trong tất cả các
lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt trong ngành công nghệ, kỹ thuật ô tô. Ngày nay
chúng ta đã chế tạo ra được những dòng xe hơi không chỉ là những phương tiện di
chuyển, vận tải mà nó cịn là những tác phẩm thể hiện sự tiện nghi hiện đại và sang
trọng. Chúng ta đã tạo ra những chiếc xe sang trọng và hiện đại, đi cùng với nó là
những tính năng của an tồn và sự tiện nghi rất được chú trọng nghiên cứu và phát
triển nhằm tạo ra những chiếc xe có sự êm ái và an tồn khi điều khiển. Hệ thống lái
khơng trục lái Steer-by-wire đang là một trong những xu hướng công nghệ phát
triển hàng đầu trên xe ô tô hiện nay. Với những cải tiến vài tính năng mới đem lại
chắc chắn rằng trong những năm tiếp theo hệ thống lái Steer-by-wire sẽ được phổ
biến rộng rãi trên thị trường. Việc thực hiện đề tài “ chế tạo mơ hình hệ thống lái
không trục lái (Steer-by-wire) đã đem lại cho chúng em cơ hội được tìm hiểu nghiên
cứu một trong những hệ thống quan trọng trên xe ô tô.
Mặc dù đã rất nỗ lực thực hiện nhưng đồ án không thể tránh khỏi những sự
thiếu sót. Vì vậy nhóm em kính mong được sự đóng góp của các thầy để đồ án được

hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

1


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Cũng như hệ thống phanh, hệ thống treo,… hệ thống lái là một trong những
hệ thống đảm bảo an tồn cho ơ tơ chuyển động an tồn, êm dịu. Vì thế mà hiện nay
hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo hệ thống lái
ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn để đáp ứng các tiêu chí an tồn và tiện nghi,
tính an toàn chủ động trong điều khiển chuyển động với vận tốc cao và mật độ giao
thông lớn. Cụ thể, ngày nay chúng ta bắt đầu làm quen với thuật ngữ “steer-bywire” hay “drive-by-wire” ý nói hệ thống lái bằng dây cáp và tín hiệu điện tử. Cơng
nghệ này đã xuất hiện lần đầu tiên trên xe Infinity Q50 và sẽ còn phát triển mạnh
trong những năm tới. Với xu hướng phát triển và ngày càng có nhiều cơng nghệ
được ứng dụng lên xe ô tô và loại bỏ các chi tiết cơ khí thì việc tìm hiểu và nghiên
cứu một hệ thống với những công nghệ dẫn đầu trong xu hướng phát triển là rất cần
thiết vào lúc này.
Vì vậy đề tài tốt nghiệp: “thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái khơng trục
lái” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.
1.2 Tình hình nghiên cứu
Tính tới hiện tại đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về hệ thống lái không trụ
lái đã thành công. Đã có nhiều hãng xe áp dụng hệ thống lái Steer-by-wire vào các
bản xe thương mại và bán ra thị trường như Tesla, BMW, Nissan,… tiêu điểm có
thể kể đến như: Hãng xe Infinity đã nghiên cứu hệ thống và áp dụng thành công lên
mẫu xe Infinity Q50 được sản xuất lần đầu vào năm 2013.
Trên hệ thống lái Steer-by-wire của hãng Tesla thì bên cạnh phát triển hệ

thống hãng tesla đặc biệt chú trọng vào các công nghệ hỗ trợ điển hình có thể kể
đến cơng nghệ lái xe tự động (Auto pilot).

2


Hãng xe Infinity tập trung nghiên cứu và phát triển hệ thống lái Steer-bywire hướng tới sự ổn định, linh hoạt trong quá trình làm việc của hệ thống. Hệ
thống lái Steer-by-wire của hãng được trang bị tới 3 bộ điều khiển đề phòng trường
hợp 1 bộ điều khiển gặp sự cố sẽ có bộ khác thay thế và có 1 trục lái cơ khí phịng
hờ khi hệ thống mất điện sẽ hoạt động để đảm bảo an toàn.
1.3 Mục đích nghiên cứu
Nhóm chúng em quyết định nghiên cứu đề tài “thiết kế chế tạo mơ hình hệ
thống lái khơng trục lái” với mục đích có thể nghiên cứu, tìm hiểu về ngun lí hoạt
động, cấu tạo, cơng nghệ và những lợi ích mà hệ thống đem lại tốt hơn những hệ
thống lái truyền thống trước đó cũng như tìm hiểu những mặt hạn chế mà hệ thống
còn tồn đọng. Cũng từ đó mà có thể tiếp cận với những xu hướng công nghệ mới
nhằm nâng cao kiến thức của bản thân.
Hệ thống lái khơng trục lái có những đặc điểm kết cấu được đánh giá là an
toàn đối với người dùng. Hệ thống có những kết cấu đặc biệt để có thể thay thế trụ
lái giống như ở hệ thống lái thơng thường.
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Để có thể hồn thành được đề tài nhóm chúng em sẽ tập trung nghiên cứu,
tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của hệ thống để có thể hiểu rõ cách thức vận hành
của hệ thống qua đó tìm hiểu hệ thống lái Steer-by-wire có cách hoạt động khác như
thế nào so với những hệ thống lái truyền thống. Nhóm chúng em sẽ phân tích cấu
tạo của hệ thống lái Steer-by-wire để hiểu rõ về hệ thống từ đó có thể chế tạo ra một
hệ thống lái khơng trục lái hồn chỉnh. Bên cạnh phần cơ khí nhóm cũng sẽ phân
tích mơ phỏng hệ thống điện và hệ thống điều khiển để mô hình có thể hoạt động tối
ưu nhất có thể.
1.5 Phương pháp nghiên cứu

Với mong muốn thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái khơng trục lái thì cùng
với vốn kiến thức của bản thân nhóm chúng em đã thu thập thêm những kiến thức
từ nhiều nguồn thông tin khác nhau như kiến thức từ các thầy (cô) trong ngành, kinh
nghiệm từ các đồng môn đi trước, thông tin từ những cơng trình nghiên cứu đã

3


được công bố trên internet, tài liệu chuyên ngành cùng với đó là những phần mềm
hỗ trợ trong q trình thực hiện đề tài như: phần mềm mô phỏng mạch điện tử
Proteus, phần mềm thiết kế 3D Solidworks, phần mềm code lập trình Arduino.
1.6 Các kết quả đạt được
Thực hiện đề tài nhóm em có thể đã chế tạo tạo mơ hình hệ thống lái khơng
trục lái có ngun lý hoạt động và cấu tạo giống với một hệ thống lái Steer-by-wire
thực tế. Thiết kế ra được mạch điện và mạch điều khiển của hệ thống.
Hiểu rõ hơn về hệ thống lái nói chung trên xe ơ tơ cũng như là hệ thống lái
không trục lái, nắm rõ được nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống và
về những ưu điểm của hệ thống lái không trục lái đem lại tốt hơn, tối ưu hơn so với
những hệ thống lái truyền thống cũng như là những điểm hạn chế còn tồn đọng của
hệ thống.
Qua việc nghiên cứu đã giúp các thành viên trong nhóm nâng cao được kiến
thức chuyên ngành của bản thân, nắm bắt được kiến thức về một hệ trong những hệ
thống quan trọng nhất trên xe ô tô.
1.7 Kết cấu của đề tài
Nội dung của đề tài ngồi mở đầu và kết luận cịn đề cập đến 5 chương. Nội
dung chương 1 là giới thiệu về đề tài Chương 2 là trình bày các loại hệ thống lái
trên ô tô du lịch và đi sâu phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái Steer-by-wire.
Trong chương này đồ án phân tích kết cấu của hệ thống lái Steer-by-wire. Chương 3
là tính tốn kiểm nghiệm hệ thống, tập trung vào những cơng thức tính tốn nhằm
khẳng định hệ thống vận hành chính xác và an tồn. Chương 4 là quy trình thiết kế

hệ thống, chương này tập trung nói về các quy trình thiết kế các bản vẽ 2D, 3D mơ
hình, các bản vẽ sơ đồ mạch điện và cách thức, q trình mơ phỏng mạch điện và
mơ hình 3D để từ đó có thể chế tạo ra được mơ hình hệ thống lái khơng trục lái
Steer-by-wire hoàn chỉnh. Chương 5 là đánh giá kết quả, kết luận. Chương cuối
cùng này sẽ là kết quả mà nhóm chúng em đạt được sau q trình thực hiện đồ án,
những vấn đề cịn thiếu sót và trình bày ý kiến đóng góp cải tiến cho đề tài và kết
luận.

4


Chương 2
HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI STEER-BYWIRE

2.1 Phân loại hệ thống lái

 Phân loại theo sự bố trí vành lái:
- Vành lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thơng quy định chiều
chuyển động là chiều bên trái).
- Vành lái đặt bên trái (dùng cho các nước có luật giao thơng quy định chiều
chuyển động là chiều bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải).

 Phân loại theo kết cấu cơ cấu lái:
- Hệ thống lái cơ cấu lái trục vít - con lăn.
- Hệ thống lái cơ cấu lái trục vít - cung răng.
- Hệ thống lái cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.

 Phân loại theo số bánh dẫn hướng:
- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu trước.
- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu sau.

- Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng tất cả các cầu.

 Phân loại theo đặc điểm kết cấu:
- Hệ thống lái khơng có trợ lực.
- Hệ thống lái có trợ lực.

 Phân loại theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái:
- Lái cơ khí trợ lực thủy lực.
- Lái cơ khí trợ lực thủy lực điều khiển điện tử.
- Lái cơ khí trợ lực điện tử.
- Lái khơng trụ lái (Steer-by-wire).
2.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái

5


Hệ thống lái có ảnh hưởng đến tính dẫn hướng, tính linh hoạt, tính ổn định và
an tồn chuyển động của ơ tơ. Vì vậy ngồi các u cầu chung đối với kết cấu ơ tơ,
hệ thống lái cịn phải thỏa mãn các yêu cầu riêng sau đây:
- Bảo đảm bán kính quay vịng nhỏ nhất để nâng cao tính linh hoạt cho ô tô.
- Khi người lái điều khiển xe hệ thống lái có vai trị phải giữ đúng hướng
chuyển động và có thể thay đổi hướng chuyển động theo ý muốn của người lái.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng, nghĩa là bánh xe khi quay vòng không
xảy ra trượt ngang.
- Điều khiển thuận tiện và nhẹ nhàng khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển
động.
- Giảm các lực va đập truyền từ bánh xe dẫn hướng lên vành lái khi ô tô
chuyển động trên đường không bằng phẳng.
- Bảo đảm sự tỉ lệ giữa các lực đặt trên vành lái và sức cản quay vòng của các
bánh xe dẫn hướng (tác dụng tùy động về lực).

- Bảo đảm sự tương ứng giữa góc quay vành lái và góc quay của các bánh xe
dẫn hướng (tác dụng tùy động về động học).
- Các bánh xe dẫn hướng không xảy ra dao động xung quanh trụ đứng trong
vùng vận tốc sử dụng.
- Giảm tối thiểu ảnh hưởng đến ổn định cả bánh xe dẫn hướng.
- Bảo đảm khe hở tổng cộng trong các cơ cấu của hệ thống và trong dẫn động
khi chuyển động thẳng không vượt quá 10 ÷ 200 (tương ứng với góc quay vành lái)
và 30 ÷ 40 mm (đo trên vành lái).
2.3 Các loại hệ thống lái
2.3.1 Hệ thống lái cơ khí
Hệ thống lái cơ khí bao gồm hai thành phần chính: dẫn động lái và cơ cấu
lái.

6


Hình 2.1: Hệ thống lái cơ khí. (nguồn: internet)
a) Ưu điểm:
- Khả năng quay vịng ơ tơ trên một diện tích bé trong thời gian ngắn nhất.
- Giữ cho xe ổn định khi di chuyển thẳng.
- Lực tác dụng lên vành tay lái nhỏ.
b)

Nhược điểm:
- Khi người lái muốn quay vịng bánh xe trong q trình xe di chuyển thì

phải dùng lực lượng của chính bản thân người lái, đồng thời cũng tiếp nhận những
phải hồi không mong muốn từ mặt đường, điều này làm cho người lái cảm thấy mệt
mỏi khi sử dụng.
- Quỹ đạo khi xe chuyển động quay vịng chịu ảnh hưởng từ góc quay thân

xe và quá trình đánh lái của người lái. Trong khi hệ thống lái này tập trung vào bài
tốn góc quay dẫn hướng bánh chuyển động theo vơ lăng do đó ảnh hưởng của dịch
chuyển thân xe, đặc biệt khi đánh lái ở tốc độ cao là rõ nét và chưa kiểm sốt được.
- Chưa tối ưu khối lượng, kích thước và các chi tiết cơ khí nên cơ cấu cồng
kềnh, nặng, chiếm nhiều khơng gian bố trí. Khả năng va đập khi xảy ra sự cố ảnh
hưởng nhiều đến người sử dụng là rõ nét.

7


Hệ thống lái thuần cơ khí chủ yếu trang bị cho các dòng xe từ thập kỷ 70 -80.
Trên thị trường Việt Nam một số ít các xe cũ vẫn lưu thông sử dụng loại hệ thống
lái này. Ngày nay, nhiều ơ tơ trang bị hệ thống lái có trợ lực, kể cả xe tải và xe du
lịch để đáp ứng các tiêu chí về an tồn và tiện nghi, tính an tồn chủ động trong
điều kiện chuyển động với vận tốc cao và mật độ các phương tiện tham gia giao
thơng lớn.
2.3.2 Hệ thống lái có trợ lực
Bộ trợ lực có nhiệm vụ sau:
- Giảm thiểu lực quay vơ lăng cho người lái khi sử dụng.
- Bảo đảm xe vẫn chuyển động an tồn khi có sự cố tác động vào bánh
xe dẫn hướng.
- Giảm thiểu lực va đập từ bánh xe dẫn hướng lên vành tay lái.
Yêu cầu:
- Khi bộ trợ lực lái gặp sự cố, hệ thống lái vẫn có thể làm việc được
nhưng khi đó lái sẽ nặng hơn.
- Bộ trợ lực lái phải đáp ứng được giữ cho người lái có được cảm giác
có sức cản trên mặt đường khi quay vịng. Vì vậy bộ trợ lực lái chỉ
làm việc khi sức cản quay vòng lớn hơn giá trị giới hạn cho phép.
- Tác dụng của bộ trợ lực lái phải nhanh và phải đảm bảo được tỷ lệ
giữa lực tác dụng với góc quay của trục vô lăng và bánh xe dẫn

hướng.
- Hiệu suất làm việc cao.
- Không được xảy ra hiện tượng hệ thống tự động trợ lực khi xe di
chuyển trên đường xóc, nhưng khi bánh xe dẫn hướng bị hư hỏng bộ
trợ lực lái phải làm việc để giữ được hướng chuyển động của xe.
2.3.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực (Hydraulic Power Steering)
Hệ thống lái trợ lực thủy lực là sự phát triển và cải tiến từ hệ thống lái thuần
cơ khí nhằm giải quyết vấn đề quan trọng là hỗ trợ một phần sức lực của người lái
trong quá trình điều khiển xe tạo cảm giác thoải mái hơn cho người sử dụng. Tùy

8


vào việc thiết kế và chế độ chuyển động của xe, khả năng hỗ trợ của bộ trợ lực thuỷ
lực do động cơ tạo ra có thể lên đến 80% năng lượng tổn hao người lái dùng cho
việc đánh lái.

Hình 2.2: Hệ thống lái trợ lực thủy lực. (nguồn: internet)
1. Bộ tản nhiệt, 2. Bình chứa dầu trợ lực, 3. Bơm dầu trợ lực, 4. Bộ phận cảm biến
mô men cản quay điều khiển van trợ lực thủy lực, 5. Thước lái và xylanh thủy lực
Hệ thống trợ lực thủy lực cần bố trí thay đổi tỉ lệ trợ lực theo điều kiện
chuyển động theo hai thơng số chính: góc đánh lái và vận tốc xe.
Trên hệ thống lái trợ lực thủy lực, thanh xoắn bố trí trên trục lái đóng vai trị
bộ phận cảm biến mơ men.
- Góc đánh lái càng lớn, khi đó mơ men xoắn sẽ càng lớn làm thanh xoắn
biến dạng càng nhiều, lúc đó cửa van dầu trợ lực sẽ được mở rộng ra vì vậy
áp lực dầu trợ lực tăng theo.
- Vận tốc xe tăng làm cho mô men cản tại bánh xe dẫn hướng giảm làm cho
biến dạng thanh xoắn cũng giảm độ mở van trợ lực, lực trợ lực giảm theo
điều này làm hạn chế khả năng trợ lực khi tăng vận tốc một cách tự nhiên.


9


Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thủy lực. (nguồn: internet)
1. thanh xoắn, 2. bơm dầu trợ lực, 3. van điều khiển, 4. xilanh lực
a. Ưu điểm:
- Tạo cảm giác lái nhẹ, giúp người lái ít tổn hao năng lượng khi quay vòng
xe.
- Hạn chế đi những va đập từ bánh xe tác động lên vô lăng.
- Nâng cao tính năng an tồn trong trường hợp xe xảy ra sự cố.
b. Nhược điểm:
- Vì việc điều khiển các van dầu trợ lực bằng thanh xoắn và việc này hồn
tồn là bằng cơ khí nên dải tốc độ khá hạn chế (góc biến dạng thanh xoắn
được giới hạn), đặc biệt khi xe di chuyển ở vận tốc cao khi đó cơng suất
bơm dầu tăng dẫn đến áp lực dầu cũng tăng theo (xảy ra tình trạng mất cảm
giác lái).
- Bơm dầu phải làm việc liên tục (do nối trực tiếp với động cơ) gây ra tổn
hao năng lượng trong tình trạng xe khơng cần trợ lực.
2.3.4 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử
Trên hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử, hai bộ phận là cơ
cấu lái và dẫn động lái vẫn như hệ thống lái thuần cơ khí. Hệ thống thanh xoắn cảm
biến mô men đánh lái sẽ không trực tiếp điều khiển van trợ lực. Độ biến dạng của

10


thanh xoắn sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện gửi đến hộp MCU điều khiển trợ
lực.


Hình 2.4: Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử. (nguồn: internet)
Hộp MCU điều khiển trợ lực tổng hợp các tín hiệu chạy xe, tính tốn và xác
định phần tỉ lệ trợ lực, từ đó quyết định áp lực trợ lực lái.

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử. (nguồn:
Internet)

11


Hệ thống trợ lực điều khiển bằng điện tử có nhiều ưu điểm hơn so với hệ
thống lái trợ lực thuỷ lực như: Khả năng làm việc của trợ lực đa dạng hơn đáp ứng
các dải tốc độ khác nhau đặc biệt là dải tốc độ cao (tạo cảm giác lái), tạo sự thoải
mái cho người lái xe.
2.3.5 Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện phát triển cùng thời điểm với hệ thống trợ lực thủy
lực điều khiển điện tử. Nhưng có nhiều ưu điểm hơn so với hệ thống lái trợ lực thủy
lực điều khiển điện tử.
- Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử sử dụng bộ trợ lực thủy
lực thì với bơm thủy lực gắn với động cơ nên hoạt động liên tục trong q trình
chạy xe gây lãng phí công suất khi không sử dụng trợ lực lái, thêm vào đó dầu trợ
lực lái là một nhân tố gây ô nhiễm môi trường;
- Cấu tạo của hệ thống lái trợ lực điện cũng nhỏ gọn hơn.
Cải tiến quan trọng của hệ thống này là thay thế lực tác dụng từ bơm dầu
trợ lực bằng động cơ điện. Mô tơ điện được điều khiển bằng hộp điều khiển nên các
chế độ trợ lực được thay đổi một cách linh hoạt. Hộp điều khiển ECU được lập trình
dựa trên thuật tốn điều khiển và mơ hình tốn điều khiển trợ lực hệ thống lái. Các
đặc tính trợ lực xây dựng dựa trên đặc tính cản từ mặt đường.

12



Hình 2.6: Đặc tính trợ lực của hệ thống lái trợ lực điện. (nguồn: internet)
Trong hệ thống này, cảm biến mơ men cản (bố trí trên thanh xoắn) sẽ xác
định mô men cản từ mặt đường tác dụng lên hệ thống, kết hợp với cảm biến vận tốc
và các thông số chạy xe phần mềm sẽ quyết định trợ lực tỷ lệ trợ lực thông qua việc
điều khiển trực tiếp mô tơ điện.
2.3.6 Hệ thống lái không trụ lái (Steer-by-wire)
Với các hệ thống lái truyền thống, khi xe quay vòng ở các vận tốc
khác nhau người lái chỉ có thể kiểm soát được một vài trạng thái động lực
học của xe. Ơ tơ chỉ có thể được kiểm sốt hồn tồn khi quay vịng với hệ
thống lái khơng trụ lái (Steer by wire). Đây là hệ thống lái có khả năng tạo ra
lực hỗ trợ lái xe quay vành lái với 100% năng lượng.
Khái niệm hệ thống lái Steer by wire được hình thành dựa trên việc
mong muốn chế tạo một hệ thống lái đáp ứng được các tình trạng chuyển
động theo ý muốn của người điều khiển xe khi quay vịng.
Hệ thống Steer by wire có thể được chia thành hai hệ thống: hệ thống
Steer by wire độc lập và hệ thống Steer by wire tích hợp. Hệ thống Steer by
wire tích hợp với đặc điểm hai bánh dẫn hướng liên kết với nhau qua hình
thang lái.

13


a) Hệ thống tích hợp

b) Hệ thống độc lập

Hình 2.7: Hệ thống lái không trụ lái. (nguồn: internet)


 Hệ thống lái không trục lái độc lập
Đặc điểm hệ thống lái Steer by wire độc lập với đặc điểm là mỗi một
bánh xe dẫn hướng sẽ được bố trí một động cơ điều khiển. Việc điều khiển
một cách độc lập tại các bánh xe như vậy sẽ tạo được ưu điểm giúp tỷ lệ thay
đổi góc dẫn hướng của bánh xe một cách độc lập.

 Hệ thống lái không trục lái tích hợp
Hệ thống lái khơng trụ lái tích hợp đã được Nissan áp dụng trên xe
Infiniti Q50 2013 được cấu tạo từ những bộ phận chính như: cảm biến lực
đánh lái, bộ ly hợp, hộp điều khiển, động cơ trợ lực.

14


Hình 2.8: Hệ thống lái khơng trục lái tích hợp. (nguồn: internet)
1. cảm biến lực đánh lái; 2.bộ ly hợp; 3.hộp điều khiển; 4.động cơ trợ lực.
Phía dưới vành lái của hệ thống lái SBW được bố trí một cảm biến vị
trí góc quay, khi người lái tác động vào vành lái, tín hiệu được cảm biến thu
nhận và truyền qua hộp điều khiển, hộp điều khiển phân tích và xuất tín hiệu
điều khiển động cơ gắn trên cơ cấu lái để điều khiển cơ cấu lái đúng như tín
hiệu mà người điều khiển mong muốn.
Trên cơ cấu lái của hệ thống sẽ được gắn một cảm biến thu thập tín
hiệu phản hồi từ mặt đường và tín hiệu này sẽ được truyền ngược lại lên hộp
điều khiển, lúc này hộp điều khiển phân tích và xuất ra tín hiệu điều khiển
động cơ gắn dưới vành tay lái để tạo ra cảm giác có lực tác động phản hồi từ
mặt đường đến người lái.
Ở hệ thống lái Steer-by-wire phần cơ cấu liên kết trung gian là trục lái
đã được loại bỏ, nên việc đồng bộ góc quay giữa cơ cấu lái và vành tay lái
cũng như là những tác động phản hồi từ mặt đường lên vành lái được xem là
một trong những nhiệm vụ hàng đầu.

Bộ điều khiển hệ thống lái giữ vai trị then chốt trong q trình điều
vận hành chiếc xe. Vì thơng tin đều được xử lí bằng hệ thống điện tử nên khả
năng phản ứng với những thơng tin trong q trình vận hành sẽ nhanh chóng
15


hơn, khơng chỉ vậy hệ thống cịn có khả năng giảm bớt đi những phản hồi từ
mặt đường, khi người lái xe di chuyển vào những đoạn đường xấu, gồ ghề
những va đập từ mặt đường tác động lên vành lái sẽ được loại bỏ, điều này sẽ
giúp người lái khơng bị cảm thấy khó chịu mà thoải mái hơn, khơng gian bố
trí cho hệ thống lái giảm và trọng lượng của hệ thống lái cũng giảm đi nhiều.
Hệ thống lái không trục lái Steer-By-Wire là một hệ thống lái có nhiều ưu
điểm cải tiến, được nghiên cứu, ứng dụng trong những năm gần đây.
2.4 Hệ thống lái không trụ lái Steer-by-wire
2.4.1 Cấu tạo hệ thống lái không trụ lái Steer-By-Wire (SBW)
Trên các hệ thống trợ lực dầu và trợ lực điện, vô lăng sẽ kết nối trực
tiếp với thước lái thông qua hệ thống trục, khớp và các bánh răng có cấu tạo
phức tạp. Các chuyển động từ vơ-lăng sẽ thay đổi góc đánh lái thơng qua một
bộ chuyển đổi mơ men có tỉ số truyền cố định trên trợ lực dầu và có thể thay
đổi trên trợ lực điện. Hệ thống lái steer-by-wire khác hoàn toàn các hệ thống
trợ lực truyền thống, steer-by-wire về cơ bản sẽ "số hóa" các hoạt động của
vơ lăng bằng dây thay cho các liên kết trực tiếp phức tạp trước đây.[5]
Các chuyển động từ vô lăng sẽ được cảm biến lực đánh lái chuyển
thành một dạng tín hiệu số và truyền đến hộp điều khiển trung tâm của hệ
thống lái. Hộp điều khiển đóng vai trị điều khiển động cơ điện đánh lái trực
tiếp 2 bánh xe trước. Trên steer-by-wire, người lái có thể dễ dàng lựa chọn
giữa nhiều tỉ số lái khác nhau để vơ lăng có cảm giác nhanh hay chậm, hay
động cơ điện can thiệp ít hay nhiều sao cho phù hợp với điều kiện hoạt động
và sở thích cá nhân.[5]
Hệ thống steer-by-wire tuy không kết nối cơ học trực tiếp với thước

lái như các hệ thống trợ lực trước đây, nhưng nó lại cho phản hồi nhanh hơn
do bỏ qua độ trễ do ma sát ở các vị trí truyền động.

16