xây dựng quy trình chẩn đoán bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện của ô tô toyota vios

Các nghiên cứu về hệ thống điều khiển bằng trợ lực điện là tiền đề phát triển cộng nghệ lái hiện đại hơn Đi cùng với sự hiện đại an toàn hơn những chi tiết nhiều hơn thì việc bảo dưỡng n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN CỦA Ô TÔ

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình làm khóa luận để có thể hoàn thành tốt, ngoài những kiến thức thực tế cũng như tìm hiểu những tài liệu có trên mạng Thì em không thể không nhắc tới thầy giáo hưỡng dẫn em là thầy TS: Trần Văn Tùng cùng các giáo viên bộ môn trong khoa Cơ điện và Công trình đã hưỡng dẫn và chỉ bảo em những kiến thức chuyên ngành, giải đáp cũng như cho ý kiến em về những vấn đề chưa đúng Từ những hành động và kiến thức của thầy cô em đã có thể hoàn thành khóa luận một cách chỉnh chu và tốt nhất có thể

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường khoa Cơ điện và Công trình đã tạo điều kiện cho em có cơ hội để có thể hoàn thành được bài khóa luận quan trọng nhất của thời sinh viên này

Do thời gian thực hiện có hạn kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên khóa luận tốt nghiệp không tránh khỏi sai sót Em rất mong các thầy cô góp ý để khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 4

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống lái 4

1.2 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống lái 6

1.2.1 Nhiệm vụ 6

1.2.2 Yêu cầu 6

1.3 Phân loại hệ thống lái 6

1.3.1 Theo cách bố trí vành tay lái (vô lăng) 6

1.3.2 Theo số lượng cầu dẫn hướng 7

1.3.3 Phân loại theo hệ thống lái trợ lực 8

1.4 Cấu tạo chung của hệ thống lái 11

1.4.1 Vành tay lái (Steering Wheel) 11

1.4.2 Cột lái (Steering Column) 11

1.4.3 Cơ cấu lái (Steering Gear) 13

1.4.4 Dẫn động lái 15

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TOYOTA VIOS 19

2.1 Tổng quan về hãng xe Toyota và dòng xe Toyota Vios 19

2.1.1 Sơ lược về hãng xe Toyota và dòng xe Toyota Vios 19

2.1.2 Thông số kỹ thuật trên xe Toyota Vios 20

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios 22 2.2.1 Cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện EPS 22

2.2.2 Bộ phận cơ khí hệ thống lái trên xe Toyota Vios 24

2.2.3.Bộ phận trợ lực điện 26

2.2.4 Bộ phận điều khiển 28

CHƯƠNG 3 KIỂM TRA, CHẨN ĐOÁN, SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LÁI 32

3.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật trong kiểm tra, sửa chữa hệ thống lái 32

3.2 Quy trình sửa chữa chung 36

3.3 Chẩn đoán lỗi trên phần mềm Techstream Toyota 38

3.3.1 Giới thiệu về phần mềm Techstream Toyota 38

3.3.2 Quy trình đọc lỗi DTC 40

3.3.3 Quy trình kiểm tra và chẩn đoán 43

3.4 Kiểm tra & chẩn đoán hư hỏng qua triệu chứng 47

3.4.1 Kiểm tra vành tay lái và trục lái 47

3.4.2 Kiểm tra rotuyn lái 47

3.4.3 Kiểm tra cơ cấu lái 48

3.4.4 Kiểm tra thanh rotuyn cân bằng 49

3.4.5 Kiểm tra dẫn động lái 49

3.5 Quy trình tháo lắp bảo dưỡng và sửa chữa 50

3.5.1 Quy trình tháo lắp vô lăng và bộ điều khiển vô lăng 50

3.5.2 Quy trình tháo lắp cột lái và ECS-CM 52

3.5.3 Quy trình tháo lắp cơ cấu lái 55

3.5.4 Quy trình tháo lắp rotuyn lái 57

3.5.5 Quy trình tháo lắp tay đòn 58

3.5.6 Quy trình tháo lắp thanh giằng 59

3.5.7 Quy trình bảo dưỡng 60

3.6 Quy trình cân chỉnh các góc đặt bánh xe bằng máy 61

3.6.1 Tầm quan trọng của cân chỉnh góc đặt bánh xe 61

3.6.2 Quy trình cân bằng động bánh xe 62

3.6.3 Quy trình cân chỉnh góc đặt bánh xe, thước lái : 63

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM THẢO 67

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật xe Toyota Vios 21Bảng 3.1: Yêu cầu kĩ thuật khi kiểm tra hệ thống lái: 32Bảng 3.2: Mã lỗi chẩn đoán 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí của hệ thống trợ lực dầu 8

Hình 1.2: Cấu tạo trợ lực lái thủy lực điện tử 9

Hình 1.3: Cấu tạo trợ lực lái điện tử 10

Hình 1.4: Cơ cấu hấp thu lực va đập của trục lái 11

Hình 1.5: Cơ cấu khóa trục lái 12

Hình 1.6: Các vị trí làm việc của cơ cấu khóa trục lái 12

Hình 1.7: Cơ cấu điều chỉnh độ nghiêng tay lái 12

Hình 1.8: Cấu tạo cơ cấu lái bánh răng thanh răng 13

Hình 1.9: Hộp số lái kiểu trục vít con lăn 14

Hình 1.10: Cấu tạo cơ cấu lái trục vít ecu bi cung răng 15

Hình 1.11: Cấu tạo hình thang lái điển hình 16

Hình 1.12: Cấu tạo thanh dân hướng 17

Hình 2.1: Xe Toyota Vios 20

Hình 2.2: Cấu tạo trợ lực điện của Toyota Vios 22

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lí làm việc của EPS 23

Hình 2.4: Cơ cấu lái bánh răng trụ- thanh răng 24

Hình 2.5: Trục lái 26

Hình 2.6: Cấu tạo motor trợ lực lái xe Vios 27

Hình 2.7: Cấu tạo của cảm biến góc lái 28

Hình 2.8: Cấu tạo cảm biến mô-men xoắn cảm ứng trên ô tô 29

Hình 2.9: Hình ảnh thực tế của hộp điều khiển lái điện 30

Hình 3.1: Kiểm tra độ cong của thanh răng bằng đồng hồ so 48

Hình 3.2: Tháo bulong rotuyn, và vệ sinh 57

Hình 3.3: Kích hộp số xe 58

Hình 3.4 Tháo bulong để tháo cánh tay đòn 59

Hình 3.5: Bulong nối thanh giằng và càng A 60

Hình 3.6: Bulong cố định thanh giằng và bệ đỡ 60

Hình 3.7: Máy cân bằng động bánh xe 62

Hình 3.8: Đo độ nghiêng của trục lái 64

Hình 3.9: Kết quả đo góc đặt bánh xe 64

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển, kéo

theo mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại

hóa nên đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người Do

đó song song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ô tô cũng có

sự thay đổi khá lớn Nhu cầu của con người dần dần được đáp ứng về các mặt

tiện nghi, kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong đó vấn đề an toàn được

đặt lên hàng đầu Ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật đã đạt được, các nhà

sản xuất bắt tay vào nghiên cứu, hệ thống lái của ô tô đã có những nghiên cứu

vượt bậc

Những nghiên cứu về sự phát triển các hệ thống lái trên ô tô đang có

những thay đổi mạnh mẽ rõ Xu thế dẫn động điều khiển kiểm soát toàn bộ động

lực học xe thông qua điều khiển bằng trợ lực điện đang dần trở nên rõ nét Các

nghiên cứu về hệ thống điều khiển bằng trợ lực điện là tiền đề phát triển cộng

nghệ lái hiện đại hơn

Đi cùng với sự hiện đại an toàn hơn những chi tiết nhiều hơn thì việc bảo

dưỡng những hệ thống là cực kì quan trọng và cấp thiết, đặc biệt là với hệ thống

yêu cầu sự ổn định khi chuyển động và an toàn khi vận hành như hệ thống lái trợ

lực điện Những lỗi kỹ thuật, hư hỏng đều có thể kịp thời phát hiện và khắc

phục nếu phương tiện được bảo dưỡng, sửa chữa theo đúng định kỳ và đúng quy

định Theo đó là nhu cầu bảo dưỡng và chẩn đoán về các cụm chi tiết cũng phải

theo khoa học, mà phần lớn các gara hiện nay tiến hành bảo dưỡng hệ thống lái

phần lớn theo kinh nghiệm

Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của giáo

viên hướng dẫn, em quyết định thực hiện đề tài: ““Xây dựng quy trình chẩn đoán,

bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện của ô tô Toyota Vios”

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Những nghiên cứu về sự phát triển các hệ thống lái trên ô tô đang có những thay đổi mạnh mẽ rõ Xu thế dẫn động điều khiển kiểm soát toàn bộ động lực học xe thông qua điều khiển bằng trợ lực điện đang dần trở nên rõ nét Các nghiên cứu về hệ thống điều khiển bằng trợ lực điện là tiền đề phát triển cộng nghệ lái hiện đại hơn

Đi cùng với sự hiện đại an toàn hơn những chi tiết nhiều hơn thì việc bảo dưỡng những hệ thống là cực kì quan trọng và cấp thiết, đặc biệt là với hệ thống yêu cầu sự ổn định khi chuyển động và an toàn khi vận hành như hệ thống lái trợ lực điện Những lỗi kỹ thuật, hư hỏng đều có thể kịp thời phát hiện và khắc phục nếu phương tiện được bảo dưỡng, sửa chữa theo đúng định kỳ và đúng quy định Nhưng việc xây dựng quy trình sửa chữa một cách bài bản khoa học đúng quy định vẫn chưa có Việc sửa chữa bảo dưỡng hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm của thợ sửa chữa Chính vì lý do đó em đã chọn thực hiện đề tài thực

hiện khoá luận tốt nghiệp là “Xây dựng quy trình chẩn đoán, bảo dưỡng và

sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện của ô tô Toyota Vios”

2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

 Tìm hiểu về những loại hệ thống lái hiện nay

 Nghiên cứu kĩ về hệ thống lái của dòng xe Toyota Vios để có thể xây dựng quy trình chẩn đoán, bảo dưỡng hệ thống lái trợ lực điện của xe Toyota Vios

4 Phương pháp nghiên cứu:

 Tìm hiểu tổng quan về cấu tạo và nguyên lý hoạt động qua những tài liệu

để có thể phân tích lựa chọn ra phương án hợp ly

 Quan sát, hỏi ý kiến và tham gia thực hiện bảo dưỡng, chẩn đoán tại xưởng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống lái

Ở thời kì sơ khai hệ thống lái ô được thiết kế dựa trên các kết cấu cơ khí đơn giản, ví dụ điển hình là hệ thống lái thanh răng Hệ thống này sử dụng cần đẩy hoặc tay lái trực tiếp để quay bánh xe chứ không thông qua một hệ thống trợ lực trung gian Mặc dù hệ thống này đơn giản và dễ bảo trì nhưng người lái để

có thể kiểm soát nó phải rất khó khăn và dùng nhiều lực để sử dụng nên không thể mang lại sự linh hoạt, an toàn trong điều khiển

Vì vậy nó đã thúc đẩy sự phát triển công nghệ, đã dẫn đến sự xuất hiện của các loại trợ lực lái thủy lực cho hệ thống lái Trong những năm 1950 và

1960, hệ thống trợ lực lái này được sử dụng rộng rãi Hệ thống trợ lực lái giúp giảm lực cần thiết để đánh lái, nhưng hệ thống trợ lực này lại phụ thuộc và tốc

độ của động cơ vì vậy khi ở tốc độ thấp trợ lực lái hoạt đông chưa được hiệu quả Nặng lái còn ở tốc độ cao thì lại quá nhẹ gây ra cảm giác không an toàn

Vì vậy nên thập niên 1990 chứng kiến sự ra đời của Hệ thống lái trợ lực điện tử (EPS - Electric Power Assist) Thay vì sử dụng bơm thủy lực để tăng thêm sức mạnh như trợ lực cơ học, EPS sử dụng motor điện và bộ điều khiển điện tử Điều này cung cấp một loạt các ưu điểm như tiết kiệm năng lượng, linh 8859hoạt hơn trong việc điều chỉnh và tích hợp với các hệ thống lái tự động

Ở những năm 2000 đánh dấu sự bùng nổ của công nghệ điện tử trong ngành ô tô Hệ thống lái trợ lực điện tử (EPAS - Electronic Power Assisted Steering) trở nên phổ biến hơn EPAS thay thế cơ chế thủy lực truyền thống bằng cách sử dụng một động cơ điện để cung cấp trợ lực cho người lái Điều này mang lại nhiều lợi ích hơn so với hệ thống trợ lực thủy lực, bao gồm tiết kiệm năng lượng, tích hợp dễ dàng với các hệ thống điện tử khác và khả năng điều chỉnh linh hoạt hơn

Trong thập kỷ tiếp theo, công nghệ điện tử đã tiếp tục tiến xa hơn với sự phát triển của hệ thống lái điện tử toàn diện (STW - Steer-By-Wire) Thay vì sử dụng cơ cấu cơ học truyền thống để kết nối vô lăng, DBW sử dụng hàng loạt

cảm biến và động cơ điện để truyền tín hiệu từ vô lăng đến hệ thống điều khiển Điều này mang lại nhiều ưu điểm, chẳng hạn như điều khiển chính xác hơn, tích hợp dễ dàng với hệ thống lái tự động và giảm thiểu trọng lượng cũng như không gian cần thiết cho cơ cấu cơ học

Khi công nghệ ngày càng phát triển, hệ thống điều khiển tự động điện tử bắt đầu xuất hiện Autopilot cung cấp khả năng tự động điều khiển và duy trì vị trí của xe trên đường mà không cần sự can thiệp của người lái Các công ty như Tesla, Google và General Motors đang phát triển và phát triển những công nghệ này, hứa hẹn một tương lai giao thông an toàn và hiệu quả hơn

Ngoài hệ thống điều khiển trí tuệ nhân tạo (AI), trí thông minh cũng sẽ được tích hợp vào hệ thống điều khiển để cung cấp nhiều hơn phản ứng linh hoạt và thông minh Trí tuệ nhân tạo có khả năng học hỏi và thích ứng với phong cách lái

xe của người lái, tạo ra trải nghiệm lái xe cá nhân hóa và an toàn hơn

Hệ thống lái tự động hoàn toàn (FSD - Full Self-Driving) là một trong những ứng dụng tiên tiến nhất của công nghệ lái tự động Những công ty như Tesla, Waymo và Cruise đang tiên phong trong việc phát triển và triển khai công nghệ này FSD cho phép xe tự lái hoàn toàn mà không cần sự can thiệp của người lái Các cảm biến, radar và hệ thống máy tính thông minh được tích hợp

để phát hiện và phản ứng với môi trường xung quanh, từ xe cộ và người đi bộ đến biển báo giao thông và điều kiện đường

Tuy nhiên, việc triển khai công nghệ lái tự động hoàn toàn vẫn đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm vấn đề về an ninh, luật pháp và đạo đức Nhiều quốc gia và khu vực đang tiến hành đặt ra các quy định và chuẩn mực để kiểm soát và đảm bảo an toàn cho việc triển khai công nghệ này

Ngoài ra, hệ thống lái trí tuệ nhân tạo (AI) cũng đang trở thành một phần quan trọng của các hệ thống lái hiện đại AI được sử dụng để phân tích dữ liệu

từ các cảm biến và hệ thống giám sát, từ đó tối ưu hóa hành vi lái xe và cải thiện hiệu suất của hệ thống Hệ thống này có khả năng học và điều chỉnh theo điều kiện đường, môi trường và phong cách lái của người lái, tạo ra một trải nghiệm lái xe cá nhân hóa và an toàn hơn

Có thể nói rằng, hệ thống lái trên ô tô đã trải qua một sự tiến hóa đáng kinh ngạc từ những ngày đầu của cơ chế cơ khí đơn giản đến công nghệ hiện đại

và tự động hóa ngày nay Sự kết hợp giữa công nghệ điện tử, trí tuệ nhân tạo và kết nối đang tạo ra những tiến bộ đáng kể trong việc cải thiện an toàn, hiệu suất

và trải nghiệm người dùng trong lĩnh vực lái xe Điều này hứa hẹn một tương lai giao thông thông minh và tiện ích hơn đối với tất cả các bên liên quan

1.2 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống lái

1.2.1 Nhiệm vụ

Nhiệm vụ chính của hệ thống lái là thay đổi hoặc duy trì hướng của ô tô

Dù lái xe tiến hay lùi, nó đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo người lái có thể điều khiển đường đi của xe một cách dễ dàng và chính xác

1.2.2 Yêu cầu

- Phải có khả năng tự động quay về trung tâm, để sau khi quay, vô lăng

có thể tự động trở về vị trí trung tâm, giảm bớt gánh nặng vận hành cho người lái

- Hoạt động của hệ thống lái phải nhẹ nhàng, nhạy bén để đảm bảo người lái có thể dễ dàng điều khiển xe trong quá trình lái xe và phản ứng nhanh với các hướng dẫn lái xe

- Hệ thống lái phải có khả năng truyền chính xác ý định rẽ của người lái tới ô tô để đảm bảo hướng lái của xe phù hợp với mong đợi của người lái

- Hệ thống lái không được có độ dơ lớn Với xe có tốc độ lớn hơn 100Km/h độ rơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ Với xe có tốc độ lớn nhất nằm trong khoảng (25 đến 100)Km/h độ rơ vành tay lái cho phép không vượt quá 27 độ

1.3 Phân loại hệ thống lái

1.3.1 Theo cách bố trí vành tay lái (vô lăng)

Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên trái theo chiều chuyển động của

ô tô được sử dụng trên các loại ô tô của các nước có luật đi đường bên phải như Việt Nam và một số nước khác

Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải theo chiều chuyển động của

ô tô được dùng trên các loại ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như Anh, Nhật, Thụy Điển…

1.3.2 Theo số lượng cầu dẫn hướng

a) Hệ thống lái bánh dẫn hướng cầu trước

Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước, loại này thường được trang bị trên hầu hết các dòng xe ô tô du lịch hiện nay như Toyota Vios, Toyota Camry, KIA Morning, KIA Cerato, HYUNDAI I10, HYUNDAI Elantra…và xe thương mại như FORD Transit, HYUNDAI County…

b) Hệ thống lái bánh dẫn hướng cầu sau

Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau, loại hệ thống lái này ít được trang bị trên ô tô vì kết cấu hệ thống lái phức tạp khi phải bố trí thêm các trục và đòn dẫn từ phía trước đến phía sau, đồng thời đòi hỏi việc trợ lực lái nhiều hơn khi xe tăng tốc do lực quán tính làm tải trọng tập trung về phía cầu sau do đó làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu, nó thường được trang bị trên các loại máy nâng chuyển, xe chuyên dùng…

c) Hệ thống lái dẫn cả cầu trước và cầu sau

Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cả cầu trước và cầu sau, mục đích của việc trang bị hệ thống lái trên các cầu nhằm để giảm bán kính quay vòng của ô tô, giúp xe dễ quay vòng khi vận tốc thấp, giảm khả năng bị mòn bánh không được dẫn hướng, đồng thời tăng sự ổn định cho xe khi di chuyển với vận tốc cao

Loại hệ thống lái này được trang bị trên các dòng xe của nhà sản xuất Porsche như: Panamera, Cayenne2018, 911 GT3, AG… và các nhà sản suất xe cao cấp khác như Audi, Mercedes-Benz, BMW, Lexus…với phiên bản hiện đại hơn, được điều khiển điện tử Khi vận tốc xe trên 80km/h bánh phía sau sẽ

tự động xoay cùng chiều với bánh trước để làm tăng hiện tượng quay vòng thiếu của xe, giúp xe ổn định hơn Khi vận tốc xe dưới 50km/h, bánh sau sẽ quay ngược chiều với bánh trước để đảm bảo xe dễ vào cua, người lái sẽ không bị cảm giác giằng vô lăng và nặng tay lái

1.3.3 Phân loại theo hệ thống lái trợ lực

a) Trợ lực lái thủy lực (trợ lực dầu) – Hydraulic Power Steering (HPS)

Các bộ phận chính của hệ thống gồm: bơm dầu, van phân phối, xi-lanh trợ lực và hộp cơ cấu lái Tùy vào bố trí của van phân phối sẽ có 3 loại trợ lực dầu chính: van phân phối và xi-lanh kết hợp trong cơ cấu lái, van phân phối và xi-lanh kết hợp trong đòn kéo, van phân phối và xi-lanh bố trí riêng biệt

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí của hệ thống trợ lực dầu

Bơm trợ lực sẽ nhận công suất từ động cơ và tạo ra áp suất dầu cần thiết Khi tài xế đánh vô-lăng, van phân phối sẽ hoạt động và đưa áp suất dầu vào xi-lanh, từ đó piston

Nhờ áp suất dầu thuỷ lực mà lực tác dụng lên tay lái giảm đi và không phải quay tay lái quá nhiều Do bơm dầu nhận công suất từ động cơ nên hệ thống chỉ hoạt động khi nổ máy, việc đánh tay lái khi dừng xe và tắt động cơ sẽ gặp nhiều khó khăn Ngoài ra khi ở vận tốc cao, áp lực dầu lớn có thể khiến tay lái nhạy qua mức cần thiết Hư hỏng thường gặp nhất là thiếu dầu trợ lực, nguyên nhân có thể do các nút chặn cao su lão hóa hoặc bình chứa dầu bị thủng dẫn đến rò rỉ

Hệ thống trợ lực lái thủy lực phi tuyến tính – variable-assist power

steering hay speed sensitive steering (PSS)

Cơ cấu này vận hành tương tự như trợ lực dầu thông thường: sử dụng áp lực dầu để hỗ trợ lực lái Nhưng điểm khác biệt là lực tay lái sẽ là như nhau ở mọi vận tốc mà xe di chuyển chứ không phụ thuộc vào tốc độ động cơ

Ưu điểm là tay lái nhẹ ngay cả ở vận tốc thấp, và khi xe ở vận tốc cao thì vơ-lăng “khá nặng”, cho cảm giác điều khiển ổn định và chắc chắn Hệ hống này được giới thiệu lần đầu tiên ở mẫu xe Pháp Citroën SM năm 1970

b) Trợ lực lái thủy lực – điện tử (Electro-hydraulic power steering – EHPS)

Trợ lực lái thủy lực – điện tử gọi chính xác hơn là trợ lực lái thủy lực điều khiển điện tử Đúng như tên gọi của nĩ, hệ thống trợ lực này tương tự như hệ thống trợ lực thủy lực, nhưng điểm khác biệt ở đây là các van điều hướng dầu thủy lực sẽ được điều khiển bởi một bộ điều khiển thơng qua các cảm biến thay vì được đĩng mở một cách cơ khí do sự tác động của vơ lăng trong hệ thống trợ lực thủy lực thơng thường Đây là phương pháp trợ lực lái đang được phổ biến hiện nay, nĩ được trang bị trên nhiều dịng của Nissan, Infinity, Toyota, Lexus, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Honda, Ford, Mitsubishi…

Hình 1.2: Cấu tạo trợ lực lái thủy lực điện tử

Những ưu điểm chính của hệ thống trợ lực tay lái thủy lực – điện bao gồm:

- Bơm hoặc motor điện cĩ kích thước nhỏ gọn hơn bơm thủy lực thơng thường và được bố trí gọn gàng, hợp lý hơn

- Áp lực dầu vẫn cĩ được kể cả khi động cơ khơng hoạt động

- Bộ phận điều khiển bơm, motor điện chỉ tạo ra áp lực dầu cần thiết cho những tình huống cụ thể khi lái xe, nhờ đĩ tiết kiệm được năng lượng lên đến 20%

- Các thông số tay lái (góc đánh lái, lực lái, độ nhạy, tốc độ phản hồi) có

thể được cài đặt cho tùy từng loại xe khác nhau thông qua bộ điều khiển điện tử

c) Trợ lưc lái điện tử – Electric power assisted steering (EPS/EPAS) hay

Motor driven power steering (MDPS)

Hình 1.3: Cấu tạo trợ lực lái điện tử

Hệ thống trợ lực lái điện tử sử dụng motor điện để đẩy thanh răng lái thay

cho áp lực dầu như hai hệ thống trợ lực trên Điều khiển motor điện là một ECU

điện tử, nhận thông tin về góc đánh lái, mô-men của cột vô-lăng từ cảm biến

Với hệ thống trợ lực lái điện tử cho phép hỗ trợ người lái theo điều kiện

hoạt động của tô tô Các kỹ sư có thể thiết lập các thông số như tỉ lệ truyền tay

lái dựa vào hoạt động của hệ thống treo và các yếu tố khác để tối ưu hóa khả

năng kiểm soát vô-lăng cũng như vận hành ổn định cho từng mẫu xe riêng biệt

Hệ thống trợ lực lái điện này để khắc phục nhược điểm của trợ lực thủy

lực bởi vì với hệ thống trợ lực thủy lực không thể điều chỉnh được mômen trợ

lực lái, lực lái hoàn toàn phụ thuộc vào tốc độ xe Thế nên khi xe chạy với vận

tốc cao, việc đánh lái sẽ trở nên rất nhẹ nhàng nên người lái dễ bị mất cảm

giác lái, người lái đánh lái một góc nhỏ nhưng xe quay vòng rất lớn Do đó hệ

thống trợ lực lái điện được ra đời để khắc phục tình trạng này

Cấu tạo hệ thống trợ lực lái điện gồm : Một motor điện, một trục vít gắn cố định trên trục motor, trục vít ăn khớp với một bánh vít được gắn cố định trên trục lái, motor sẽ được điều khiển bằng một bộ điều khiển thông qua tín hiệu của các cảm biến

1.4 Cấu tạo chung của hệ thống lái

1.4.1 Vành tay lái (Steering Wheel)

Là bộ phận rất quan trong hệ thống lái có nhiệm vụ tiếp nhận mômen quay của người lái để truyền cho trục lái qua ăn khớp để thay đổi hướng của xe

ô tô Thông thường vành tay lái có hình dạng cấu trúc tương đồng, đều đó vành hình tròn chất liệu bằng kim loại để đảm bảo an toàn cũng như độ chắc khi điều khiển phương tiện, vành tay lái thường được bọc da hoặc là nhựa Vành tay lái

và trục lái được kết nối với nhau bằng then hoa, ren và đai ốc Ngoài ra vành lái còn là nơi để bố trí các bộ phận như : còi, túi khí và các nút điều khiển khác

1.4.2 Cột lái (Steering Column)

Cột lái hay trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của

vô lăng tới cơ cấu lái và ống bọc (đỡ) trục lái Đầu phía trên trục lái được chế tạo côn với then hoa và vô lăng được siết vào trục lái bằng một đai ốc

Trong trục lái có cơ cấu hấp thụ và va đập Cơ cấu này sẽ hấp thụ lực va đập tác động lên người lái khi bị tai nạn Trục lái chính ngoài những cơ cấu như cơ cấu khoá tay lái, cơ cấu tay lái nghiêng, cơ cấu trượt tay lái

Hình 1.4: Cơ cấu hấp thu lực va đập của trục lái

* Một số cơ cấu khác của trục lái chính:

Cơ cấu khoá tay lái: cơ cấu vô hiệu hoá vô lăng đề phòng chống trộm ô

tô bằng cách khoá trục chính vào ống trục lái khi rút chìa khóa điện

Hình 1.5: Cơ cấu khóa trục lái

Hình 1.6: Các vị trí làm việc của cơ cấu khóa trục lái

Cơ cấu khoá tay lái nghiêng: cho phép điều chỉnh độ nghiêng của trục

lái để thích hợp với vị trí ngồi lái cũng như phù hợp với chiều cao của người lái

Hình 1.7: Cơ cấu điều chỉnh độ nghiêng tay lái

Cơ cấu hấp thụ va đập: tránh hoặc giảm được thương tích cho người lái khi xe bị tai nạn Cơ cấu hấp thụ va đập gồm một số loại sau: loại giá đỡ uốn, loại bi loại cao su, loại ăn khớp, loại ống xếp

1.4.3 Cơ cấu lái (Steering Gear)

a) Chức năng và nguyên lý hoạt động

a 1 ) Chức năng

Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái có chức năng :

- Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động

- Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng

xe nhẹ nhàng hơn

a 2 ) Nguyên lý hoạt động

Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi quy ước là trục quay của cơ cấu lái và trục lắc của cơ cấu lái Trục quay là đầu vào của cơ cấu lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dưới của trục lái và thực hiện chuyển động quay theo chuyển động của trục lái Trục lắc là đầu ra của hộp số lái nó liên kết với đòn lắc chuyển hướng của dẫn động lái

b) Một số cơ cấu lái thường dùng

b 1 ) Cơ cấu lái bánh răng thanh răng

Hình 1.8: Cấu tạo cơ cấu lái bánh răng thanh răng

Hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng có trục quay (đầu vào) được chế tạo giống một bánh răng trên đoạn trục liên kết trục lắc (đầu ra) Trục lắc là một thanh răng thẳng Hai đầu của thanh răng liên kết với hai thanh nối bên của dẫn động lái thông qua các khớp cầu Các răng trên bánh răng và thanh răng liên kết với nhau

Khi bánh răng quay, thanh răng sẽ chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng ngang sang trái hoặc phải tuỳ theo chiều quay của vành tay lái Trong dẫn động lái với hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng không có đòn lắc chuyển hướng

mà thanh răng trực tiếp truyền chuyển động ngang cho các thanh nối

b 2 ) Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn:

Trục quay (liên kết với trục lái) của hộp số lái kiểu trục vít - con lăn có cấu tạo giống một trục vít vô tận Trên trục lắc của hộp số lái có một bộ phận gọi

là con lăn Con lăn giống một bánh xe có ren phía ngoài Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít Khi trục vít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của

nó đồng thời chuyển động dịch chuyển dọc theo trục của trục vít Kết quả của các chuyển động đó là chuyển động xoay của trục lắc

do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn

và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp số lái

b 3 ) Cơ cấu lái trục vít ecu bi cung răng

Hình 1.10: Cấu tạo cơ cấu lái trục vít ecu bi cung răng

Hộp số lái kiểu trục vít - ecu - bi - cung răng có trục quay là một trục vít, còn trục lắc tương tự như trục lắc của hộp số lái kiểu trục vít- cung răng, nhưng cung răng không ăn khớp với trục vít mà nhận chuyển động từ trục vít thông qua ecu và các viên bi Ecu có các răng thẳng phía ngoài và các rãnh phía trong tương ứng với các rãnh trên trục vít Các viên bị nằm trong rãnh giữa ecu và trục vít và trong ống dẫn bao quanh ecu Khi trục vít quay các viên bi trong rãnh giữa trục vít và ecu sẽ đẩy nhau và luân chuyển trong ống dẫn để quay trở lại rãnh, đồng thời làm cho ecu dịch chuyển dọc theo trục vít Thông qua các răng của ecu và cung răng, chuyển động tịnh tiến của ecu được biến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc

1.4.4 Dẫn động lái

Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn, các thanh liên kết với nhau để truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh xe điều khiển, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với động học đúng Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái, có nhiệm vụ đảm bảo động học các bánh xe dẫn hướng của ô tô làm cho lốp xe không bị trượt, lê khi lái, giảm mòn lốp Kết cấu của hình thang lái phải phù hợp với bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo để khi bánh xe dao động thẳng đứng thì không ảnh hưởng đến động học của dẫn động lái

Đòn lắc chuyển hướng là chi tiết liên kết với trục lắc của hộp số lái và truyền chuyển động của trục lắc đến phần còn lại của dẫn động lái Thông thường một đầu của đòn lắc chuyển hướng liên kết với trục lắc của hộp số lái bằng then hoa, đầu còn lại liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp cầu

Hình 1.11: Cấu tạo hình thang lái điển hình 1,4 -Đàn lắc chuyển hướng, 2-Thanh nối giữa, 3-Thanh nổi bên, 5- Đòn

lắc phụ, 6- Khớp cầu, 7- Vu mỡ, 8- Vòng đệm

Đàn lắc phụ 5 cũng có một đầu liên kết với một đầu của thanh nối giữa 2 bằng khớp nối cầu 6 , đầu còn lại được lắp trên khung ôtô thông qua trục Đòn lắc phụ 5 cũng thực hiện chuyển động lắc hoàn toàn giống chuyển động của đòn lắc chuyển hướng nhưng không truyền chuyển động đó cho bất cứ bộ phận nào

Nó có chức năng đỡ thanh nối giữa 2 ở độ cao như tại đòn lắc chuyển hướng để đảm bảo động học của hệ thống lái

Thanh nổi giữa 2 có chức năng liên kết tất cả các bộ phận khác của dẫn

động lái với nhau Hai đầu của thanh nối giữa là hai ổ đỡ chốt cầu để liên kết với

đòn lắc chuyển hướng và đòn lắc phụ Phía giữa thanh nối giữa 2 có hai lỗ để liên kết với hai thanh nổi bên bằng các khớp cầu 6

Thanh nối bên 3 là bộ phận trực tiếp truyền chuyển động cho đòn chuyển hướng 1 trên ngỗng quay của bánh xe dẫn hướng Thông thường mỗi cơ cấu dẫn động lái có hai thanh nối bên3 , mỗi thanh nối bên 3 được cấu thành từ ba đoạn được gọi là đầu trong, đầu ngoài, và đoạn điều chỉnh Đầu ngoài liên kết với đòn chuyển hướng 1 Đầu trong liên kết với thanh nối giữa 2 , thanh răng hoặc một

bộ phận khác của ôtô tuỳ thuộc vào kiểu dẫn động lái Đoạn điều chỉnh dùng để thay đổi chiều dài toàn bộ của thanh nối bên 3 để điều chỉnh hình học lái trong quá trình kiểm tra, bảo trì gầm ôtô

Hình 1.12: Cấu tạo thanh dân hướng 1- Đầu ngoài của thanh nổi bên, 2- Kẹp đàn hồi, 3- Đầu trong của thanh nổi bên, 4- Ống điều chỉnh, 5-Bulông điều chỉnh a) Kiểu ống, b) Kiểu bulông

Với hình trái , ống điều chỉnh 4 có ren, các đầu của đầu trong 3 và đầu ngoài 1 của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một đầu ren trái, còn đầu kia

có ren phải Khi cả hai đầu đã được vặn vào ống điều chỉnh 4, nếu xoay ống điều chỉnh 4 sẽ làm cho chiều dài toàn bộ của thanh nối bên tăng lên hoặc giảm đi tuỳ theo chiều xoay của ốc điều chỉnh 4 Các kẹp đàn hồi 2 có tác dụng ngăn không cho ống điều chỉnh 4 tự xoay trong quá trình ôtô vận hành

Với hình phải bulông điều chỉnh 5 có ren, các đầu trong 3 và đấu ngoài 1 của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một ren trái và một đầu có ren phải Xoay bulông điều chỉnh 5 sẽ làm thay đổi chiều dài toàn bộ thanh nổi bên

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TOYOTA VIOS 2.1 Tổng quan về hãng xe Toyota và dòng xe Toyota Vios

2.1.1 Sơ lược về hãng xe Toyota và dòng xe Toyota Vios

a) Giới thiệu tổng quan về Toyota

Toyota Motor Corporation (gọi tắt là Toyota) là một công ty đa quốc gia sản xuất ô tô, xe tải, xe buýt và robot có trụ sở tại thành phố Toyota, Aichi Nhật Bản do ông Kiichito Toyoda sáng lập

Năm 1934, chiếc xe mẫu đầu tiên của Toyota ra đời và được đưa vào sản xuất đại trà trong năm 1935 Ngày 28 tháng 8 năm 1937, công ty Toyota Motor Corporation chính thức ra đời, mở ra một kỷ nguyên mới với những thành công rực rỡ trong ngành công nghiệp ô tô

Đến năm 2017, doanh nghiệp Toyota hoạt động với cơ cấu lớn mạnh bao gồm 364.445 nhân viên trên toàn thế giới Năm 2018, Toyota được công nhận là doanh nghiệp lớn thứ sáu trên thế giới theo doanh thu Đặt biệt, thương hiệu sản xuất ô tô Toyota lần đầu tiên trên thế giới đạt thành tựu sản xuất hơn 10 triệu xe mỗi năm

Toyota sản xuất các dòng xe điển hình như Toyota Vios, Toyota Corolla Altis, Toyota Camry, Toyota Fortuner, Toyota Yaris,… Ngoài ra, Toyota đang chiếm thị phần đáng kể ở Hoa Kỳ, Châu Âu, Châu Phi và đang dẫn đầu ở thị trường Úc Thương hiệu hiện có 63 nhà máy sản xuất và lắp ráp ô tô trên thế giới, trong số có 12 nhà máy ở Nhật Bản, 51 nhà máy còn lại ở 26 nước nước nhau, tiêu biểu là Trung Quốc, Pháp, Anh, Indonexia, Việt Nam, Úc, Canada,

Mỹ

b) Giới thiệu về Toyota Vios

Vios là dòng sedan cỡ nhỏ 4 cửa của Toyota, được hãng xe ra mắt từ năm

2002 Dòng xe này được phát triển chủ yếu dành cho những thị trường mới nổi như Trung Quốc, Đài Loan và Đông Nam Á, bởi hình dáng nhỏ gọn và giá cả phù hợp

Mẫu xe này đã đem lại rất nhiều thành công cho Toyota ở phân khúc xe hạng B Đồng thời Vios cũng được hãng bổ sung thêm bằng mẫu Hatchback Yaris để có thể cạnh tranh với những nhãn hiệu ô tô khác

Ưu điểm của Toyota Vios:

- Xe bền, ít hỏng hóc vặt

- Chi phí sửa chữa, thay thế phụ tùng hợp lý

- Xe đã qua sử dụng bán lại với giá tốt, không bị giảm nhiều như các dòng

xe khác

Nhược điểm của Toyota Vios:

- Nội thất xe còn tương đối sơ sài so với giá bán

- Khả năng cách âm của xe còn tương đối hạn chế

- Khi chạy ở tốc độ cao, xe có cảm giác hơi bồng bềnh

Những người lựa chọn dòng xe Vios thường ưa chuộng thương hiệu Toyota, thích những sản phẩm bền bỉ, tiết kiệm nhiên liệu của hãng xe này

2.1.2 Thông số kỹ thuật trên xe Toyota Vios

Hình 2.1: Xe Toyota Vios

Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật xe Toyota Vios

Mức tiêu thụ nhiên liệu đường hỗn hợp

(lít/100 km)

5,78

Kích thước dài x rộng x cao (mm) 4.425 x 1.730 x 1.475

Bán kính vòng quay (mm) 5.100

Dung tích bình nhiên liệu (lít) 42

Trọng lượng toàn tải (kg) 1.550

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực điện trên xe Toyota Vios

2.2.1 Cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện EPS

Hình 2.2: Cấu tạo trợ lực điện của Toyota Vios

Cấu tạo hệ thống lái trợ lực điện EPS của xe Toyota Vios gồm có những bộ phận chính là :

- Cảm biến momen có tác dụng đo mô-men đánh lái để gửi tín hiệu về hộp điều khiển Khi hoạt động, cảm biến phát hiện sự xoắn, tính toán tác dụng lên thanh xoắn nhờ vào sự thay đổi điện áp trên đó và đưa tín hiệu điện áp đó về EPS ECU

- Motor điện DC hoạt động tạo ra trợ lực tuỳ vào tín hiệu phát ra từ EPS ECU

- EPS ECU vận hành motor DC gắn trên trục lái để tạo ra lực trợ lực căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến, tốc độ xe và tốc độ động cơ Tuỳ vào tín hiệu mạnh hay yếu và EPS ECU sẽ vận hành motor DC với trợ lực phù hợp

- ECU động cơ hoạt động giúp đưa tín hiệu tốc độ cơ tới EPS ECU

- Cụm đồng hồ bảng táp lô sẽ đưa tín hiệu tốc độ xe đến EPS ECU

- Đèn cảnh báo P/S (trên bảng đồng hồ táp lô) có nhiệm vụ bật đèn cảnh báo khi hệ thống hư hỏng

Nguyên lý hoạt động của EPS

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lí làm việc của EPS

Khi người điều khiển ô tô tác động lên vô lăng thực hiện việc điều chuyển hướng momen lái sẽ truyền vào trục lái chính dưới tác động của mặt đường thông qua bánh xe, thước lái sẽ tác dụng lên thanh xoắn nằm trong cụm trợ lực điện

Trục lái quay, cảm biến mô-men lái hoạt động ,thanh xoắn bị xoắn tạo ra

độ lệch pha giữa vòng phát hiện thứ hai và ba Dựa trên độ lệch pha này một tín

hiệu tỉ lệ với mô-men được đưa vào ECU

Đồng thời cảm biến tốc độ ô tô cũng gửi tín hiệu đến ECU trợ lực lái Tùy thuộc vào từng tốc độ ô tô mà cần lực hỗ trợ khác nhau

ECU nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý các thông tin đã nhận Từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển tới motor điện Tín hiệu điều khiển là cường độ dòng

điện cung cấp cho motor điện

Motor điện được điều khiển lực hỗ trợ bằng ECU, motor hỗ trợ 1 lực quay vòng trục lái thông qua hộp số truyền

Trục lái được nối và truyền mô-men đến trục lái trung gian Trục lái trung gian có các khớp các đăng để đảm bảo mô-men quay khi thay đổi vị trí trục lái,

vành tay lái

Trục lái trung gian truyền momen đến cơ cấu lái Ở cơ cấu lái chuyển động quay của bánh răng được biến đổi thành chuyển động ngang của thanh răng

Chuyển động ngang của thanh răng được dẫn đến các bánh xe dẫn hướng nhờ dẫn động lái Bánh dẫn hướng sẽ quay sang hướng mong muốn của người lái với lực hỗ trợ được ECU tính toán và điều khiển motor điện

2.2.2 Bộ phận cơ khí hệ thống lái trên xe Toyota Vios

a) Cơ cấu lái

Với công suất bé cơ cấu lái được sử dụng trên xe Toyota Vios là loại bánh răng trụ - thanh răng

Hình 2.4: Cơ cấu lái bánh răng trụ- thanh răng

1 Bạc lệch tâm; 2 Ổ bi đỡ; 3 Trục răng; 4 Vít điều chỉnh; 5 Dẫn hướng thanh răng; 6 Lò xo nén; 7 Thanh răng; 8 Vỏ thanh răng; 9 Kẹp; 10 Bạc

lót; 11.Cao su chắn bụi; 12 Đầu thanh răng; 13 Thanh nối

Vỏ của cơ cấu lái được làm bằng gang, trong vỏ có các bộ phận làm việc của cơ cấu lái, gồm trục răng 3 ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng

7, vỏ của cơ cấu lái bánh răng trụ - thanh răng kết hợp làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái Trục răng 3 được chế tạo bằng thép, trục răng quay trơn nhờ hai ổ bi 2 đặt trong vỏ của cơ cấu lái Điều chỉnh các ổ này dùng một êcu lớn ép chặt các ổ bi, trên vỏ êcu có phớt che bụi Để đảm bảo trục răng 3 quay nhẹ nhàng thanh 7 răng có cấu tạo răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía trái, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, trục răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền xuống thanh

cam quay qua các đầu thanh răng và đầu thanh lái Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe, để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng thì trục răng đặt nghiêng ngược chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn, làm việc

êm

Khi quay vành tay lái thông qua trục lái thì trục răng sẽ làm dịch chuyển thanh răng qua trái hoặc phải Hai đầu thanh răng được nối với bánh xe dẫn hướng qua các khớp cầu và thanh nối sẽ làm quay bánh xe dẫn hướng tương ứng với góc đánh vành tay lái Dẫn hướng thanh răng giúp giữ thanh răng không bị quay trong vỏ cơ cấu lái Bạc lệch tâm để điều chỉnh ăn khớp giữa trục vít và thanh răng, còn vít điều chỉnh để điều chỉnh khoảng hở mặt bên

* Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng có các ưu điểm sau:

- Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang như ở các cơ cấu lái khác

- Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao

- Ma sát trượt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều khiển trên vành lái nhẹ

- Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải bảo dưỡng

Cơ cấu lái kiểu này thì tỉ số truyền có thể thay đổi được Bước răng (khoảng cách giữa các răng) giảm từ từ về hai phía đầu của thanh răng và độ sâu bước ăn khớp mà tại đó răng của trục răng ăn khớp với răng của thanh răng trở nên lớn hơn Vì vậy đường kính ăn khớp thực tế của trục răng giảm khi nó tiến gần tới hai đầu của thanh răng Điều đó có nghĩa là, cùng với một góc quay của

vô lăng như nhau, ở phần giữa của thanh răng, nó sẽ di chuyển thoải mái hơn so với hai đầu của thanh răng

Như vậy, nếu so sánh tỷ số truyền không đổi tức lực lái tăng khi quay vô lăng thì kiểu có tỷ số truyền thay đổi, có lực lái thay đổi rất ít nên điều khiển lái rất nhẹ nhàng

b) trục lái

Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới

cơ cấu lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe Đầu phía trên của trục lái chính được làm thon và xẻ hình răng cưa, vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai ốc

Trục lái của xe Toyota Vios dạng ống lồng liên kết với cơ cấu lái nhờ khớp các đăng

Hình 2.5: Trục lái

1.Trục lái chính(phía trên); 2.Giá đỡ; 3.Giá đỡ thấp; 4 Ống trục lái; 5

trục lái chính (phía dưới)

- Lực trên vành tay lái khi trên đường xấu không quá 20 KG

- Hành trình tự do của vành lái 300

Trên xe Toyota Vios được trang bị hệ thống lái có khả năng thay đổi góc nghiêng của tay lái

Cấu tạo cơ bản của cơ cấu này bao gồm một cặp cữ chặn nghiêng, bulông

khoá nghiêng, giá đỡ kiểu dễ vỡ, cần nghiêng v.v

Các cữ chặn nghiêng xoay đồng thời với cần nghiêng Khi cần nghiêng ở

vị trí khoá, đỉnh của các cữ chặn nghiêng được nâng lên và đẩy sát vào giá đỡ dễ

vỡ và gá nghiêng, khoá chặt giá đỡ dễ vỡ và bộ gá nghiêng Mặt khác, khi cần gạt nghiêng được chuyển sang vị trí tự do thì sẽ loại bỏ sự chệnh lệch độ cao của

các cữ chặn ynghiêng và có thể điều chỉnh trục lái theo hướng thẳng đứng

2.2.3.Bộ phận trợ lực điện

Bộ phận trợ lực điện của Toyota Vios sử dụng động cơ điện DC

Stator của động cơ điện DC dùng để tạo ra từ trường tĩnh Từ trường này

có thể được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu hoặc bởi nam châm điện sử dụng một cuộn dây từ trường Rotor bao gồm một lõi thép kỹ thuật có các rãnh đặt cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Hình 2.6: Cấu tạo motor trợ lực lái xe Vios

Động cơ điện DC có một số hạn chế về việc tạo từ trường yếu, vì vậy động cơ DC PME được sử dụng phổ biến để đạt được số vòng quay cao hơn Mô-men xoắn của động cơ tỷ lệ thuận với dòng điện cấp nguồn, nên việc điều khiển dễ dàng hơn Việc làm mát của các cuộn dây rotor rất khó và quán tính cao của rotor hạn chế nên động cơ điện Dc chỉ được sử dụng đối với các hệ thống lái công suất thấp Mật độ công suất của động cơ điện một chiều thấp hơn động cơ điện xoay chiều vì tổn hao và không gian bố trí cổ góp Việc phát sinh tia lửa điện do chổi than và bảo dưỡng động cơ đòi hỏi yêu cầu cao Một số loại động cơ điện DC sử dụng nam châm vĩnh cửu từ Ferit cứng rẻ tiền Chúng không đạt được mật độ năng lượng từ trường như nam châm đất hiếm như samarium-coban (SmCo) hoặc neodymium-iron-boron (NdFeB) Các nam châm được dán hoặc kẹp vào vỏ động cơ là phần stator của động cơ Rotor bao gồm các tấm kim loại được xếp chồng lên nhau và được cách ly về điện để giảm tổn thất sắt do dòng điện xoáy và khử từ Để đạt được độ gợn mô-men xoắn thấp và

mô-men xoắn nhỏ, cuộn dây được bố trí đến càng nhiều rãnh của lõi rotor càng tốt và được kết nối với nhiều thanh cổ góp tương ứng Hệ thống cổ góp gồm chổi than với dây dẫn chổi than carbon được hỗ trợ bằng lò xo Động cơ DC điển hình cho hệ thống EPS là động cơ 4 cực với hai hoặc 4 dây dẫn chổi than

và 22 thanh cổ góp

2.2.4 Bộ phận điều khiển

Bộ phận điều khiển trợ lực lái Toyota Vios bao gồm:

- Cảm biến góc lái

- Cảm biến momen xoắn

- Bộ điều khiển lái điện

a) Cảm biến góc lái

Cảm biến góc lái của Vios sử dụng loại Cảm biến xoay vô lăng loại kỹ thuật số Khi cảm biến kỹ thuật số phát hiện dữ liệu liên quan đến tốc độ rẽ, góc của bánh xe, hướng rẽ và các thông tin quan trọng khác, nó sẽ truyền tất cả đến máy tính chính của xe Trong trường hợp cảm biến góc lái nhận thấy có sự không nhất quán giữa vị trí của tay lái và hướng xe đang đi, chúng sẽ thực hiện chức năng ổn định để giúp người lái duy trì khả năng kiểm soát tốc độ thông qua việc sử dụng phanh sau để khắc phục sự cố

Hình 2.7: Cấu tạo của cảm biến góc lái

Nguyên lý làm việc

Góc của đầu vào lái được đo bằng đèn LED đối với cảm biến kỹ thuật số Sau khi đọc thông tin gửi từ đèn LED, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển điện tử trên xe Hệ thống này sẽ sử dụng một thuật toán để đảm bảo góc lái chính xác Loại cảm biến này có nguyên lý hoạt động tương tự với cảm biến kỹ thuật số, chỉ khác ở việc nhận thông tin về góc quay và hướng lái thông qua sự chênh lệch điện áp thay vì đèn LED

Một chức năng khác của cảm biến góc lái là cung cấp thông tin cho hệ thống điều khiển điện tử của xe về tốc độ quay của vô lăng Điều này sẽ cho biết các góc lái cần được tính toán nhanh như thế nào Khi xe di chuyển với tốc độ thấp và vô lăng quay nhanh để rẽ phải, điều đó sẽ được bộ phận cảm biến này ghi nhận và xử lý thông tin một cách bình thường và nhanh chóng Tuy nhiên nếu xe đang di chuyển ở tốc độ cao và bẻ lái, hệ thống điều khiển điện tử sẽ nhận định điều này như một sự cố mất kiểm soát của xe

b) Cảm biến mômen xoắn trên hệ thống lái trợ lực điện tử

Cảm biến mô mem xoắn được sử dụng trên dòng xe Vios sử đụng loại cảm ứng Dòng xe Vios thuộc dạng phân khúc xe ô tô hạng B giá rẻ nên được sử dụng cảm biến này Cảm biến mô-men xoắn cảm ứng là một loại cảm biến từ trường, dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Ưu điểm chính của phương pháp do cảm ứng

là cảm biến chịu được các tác động bên ngoài như bụi bẩn, dầu và nước Cảm biến cảm ứng có thể hoạt động đáng tin cậy trong nhiều loại môi trường

Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô-men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô-men thông qua trục lái chính Người ta bố trí các vòng phát hiện 1 và

2 trên trục sơ cấp (phía vô lăng) và vòng 3 trên trục thứ cấp (phía cơ cấu lái)

Hình 2.8: Cấu tạo cảm biến mô-men xoắn cảm ứng trên ô tô

Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối bằng một thanh xoắn Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài để hình thành một mạch kích thích Khi tạo ra mô-men lái thanh xoắn bị xoắn tạo độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 Dựa trên độ lệch pha này, một tín hiệu tỷ lệ với mô-men vào được đưa tới ECU Dựa trên tín hiệu này, ECU tính toán mô-men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động động cơ điện

c) Hộp điều khiển lái trợ lực điện

Hình 2.9: Hình ảnh thực tế của hộp điều khiển lái điện

Hộp điều khiển lái điện (COMPUTER ASSY, POWER STEERING) là

bộ quan trọng bậc nhất của hệ thống trợ lực lái điện Nó được ví như cơ quan đầu não của hệ thống lái trên xe Nhờ có hộp điều khiển lái Toyota Veloz mà các motor trợ lực hoạt động cơ kiểm soát Giúp cho hoạt động đánh lái được thực hiện chính xác và dễ dàng trong mọi điều kiện khi xe di chuyển trên đường Giúp xe đánh lái nhẹ ở dãy tốc độ thấp làm giảm cảm giác mệt mỏi khi đi trong

đô thị Khi xe chạy tốc độ cao (trên cao tốc) hộp điều khiển lái sẽ tinh chỉnh sao cho tay lái đầm chắc hơn

Ngoài những chi tiết chấp hành hoạt động bằng cơ học thì tất cả những chi tiết còn lại đều được EPS ECU cung cấp dòng điện để hệ thống này có thể hoạt động

Chức năng của EPS ECU :

Mục điều khiển chính : Có chức năng định mức dòng điện cung cấp tới

motor trợ lực lái khi nhận thông tin từ thanh lái và tốc độ của xe