hệ thông lái xe mazda cx-5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI XE SỬ DỤNG HỆ

THỐNG LÁI ĐIỆN HIỆN ĐANG CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG

VIỆT NAM 9

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống lái điện 9

1.1.1 Khái niệm về hệ thống lái điện .9

1.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển của hệ thống lái điện 9

1.2 Các bộ phận chính của hệ thống lái điện 11

1.2.1 Mô tơ điện một chiều 11

1.2.2 Cảm biến, rơ le điều khiển, ECU 12

1.3 Ưu điểm của hệ thống lái điện so với các hệ thống lái khác 14

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA HỆ

THỐNG LÁI ĐIỆN 17

2.1 Giới thiệu chung về xe MAZDA CX-5 17

2.1.1 Lịch sử ra đời của MAZDA CX-5 17

2.1.2 Thông số kỹ thuật của xe MAZDA CX-5 18

2.1.2.1 Hình dáng tổng thể xe MAZDA CX-5 18

2.1.2.2 Các thông số kỹ thuật chính của xe ô tô MAZDA CX-5 19

2.2 Giới thiệu chung về hệ thống lái 21

2.2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 21

2.3.6 Các loại cảm biến trong hệ thống lái điện 31

2.4 Nguyên lí hoạt động của hệ thống lái điện 33

CHƯƠNG 3 KẾT CẤU VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN LÁI ĐIỆN TRÊN XE 36

3.1 Các thông số cơ bản của hệ thống lái 36

3.1.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái 36

3.1.2 Điều kiện không trượt khi quay vòng 37

3.2 Xác định momen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng 48

3.3 Xác định lực tác dụng lên vành tay lái 52

3.4 Tính chọn mô tơ điện 53

3.5 Tính trục lái 54

3.6 Tính toán kiểm tra hình thang lái 55

CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA

VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN 61

4.1 Các yêu cầu chung 61

4.2 Các chế độ bảo dưỡng hệ thống lái 61

4.2.1 Bảo dưỡng thường xuyên 61

4.2.2 Bảo dưỡng 1 (sau 6500 km) 61

4.2.3 Bảo dưỡng 2 (sau 12500 km) 61

4.3 Một số hư hỏng thường gặp, nguyên nhân và cách khắc phục 62

4.3.1 Tay lái nặng 62

4.3.2 Độ rơ vành tay lái quá lớn 62

4.3.3 Có tiếng gõ trong cơ cấu lái 62

4.3.4 Trợ lực lái kém 63

4.3.5 Xe lạng sang hai bên, hoặc luôn lạng về một bên 63

4.3.6 Đầu xe lắc qua lại 63

4.4 Một số nội dung bảo dưỡng, sửa chữa chính 64

4.4.1 Kiểm tra hành trình tự do của vành tay lái 64

4.4.2 Kiểm tra đầu thanh nối 65

4.4.3 Hiệu chỉnh lệch tâm vành tay lái 65

4.4.4 Điều chỉnh góc quay vành tay lái 66

4.4.5 Kiểm tra áp suất, độ đảo của lốp 67

4.4.6 Kiểm tra góc quay bánh xe 68

4.4.7 Kiểm tra góc camber, caster và góc kingpin 68

4.4.8 Kiểm tra, điều chỉnh độ chụm 70

4.4.9 Kiểm tra các chi tiết khác 71

KẾT LUẬN 73

Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học côngnghệ như chế tạo máy với các bộ phận điều khiển tinh vi hay các rô bốt côngnghiệp thế hệ thông minh, ngành ô tô cũng đang có những bước tiến lớn vớisự ứng dụng của tin học, khoa học hiện đại trong sản xuất.

Ô tô ngày nay được sử dụng ở tốc độ ngày càng nhiều, tốc độ của nhữngchiếc xe đời mới liên tục được nâng cao, đi cùng với đó vấn đề an toànchuyển động ngày càng được các nhà khoa học công nghệ ở các trung tâmkhoa học công nghệ tại các nước có ngành công nghiệp ô tô hoàn chỉnh đầutư nghiên cứu Hê thống lái là một trong những bộ phận đảm bảo tính năngđó Chất lượng của hệ thống lại phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡngsửa chữa Muốn làm tốt được việc đó, người cán bộ kỹ thuật phải nắm vữngkết cấu và nguyên lí làm việc của các bộ phận của hê thống lái.

Đề tài: Nghiên cứu hệ thống lái điện trên xe MAZDA CX-5 mong muốnđáp ứng một phần nào mục đích đó Nội dung đề tài đề cập đến các vấn đềsau:

 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống lái điên.

 Cấu tạo, nguyên lí làm việc, kết cấu, đặc điểm của hệ thống lái điện. Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái điện.

Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiêncứu kết cấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầuchung của các chi tiết hay từng cụm chi tiết Sự ảnh hưởng của các chi tiếthay từng cụm chi tiết đến quá trình làm việc cũng như các thông số kỹ thuật,để đảm bảo cho ô tô vận hành an toàn trên đường.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI XE SỬ DỤNG HỆ THỐNGLÁI ĐIỆN HIỆN ĐANG CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống lái điện

1.1.1 Khái niệm về hệ thống lái điện

Hệ thống lái điện – hệ thống lái trợ lực điện (electrically assisted powersteering system) còn được gọi tắt là Tay lái điện (Electric Power Steering,EPS).

Hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử là hệ thống lái có khả năng tạora lực đẩy phụ hỗ trợ lái xe quay vành tay lái khi quay vòng Việc điều khiểnxe không hoàn toàn phải phụ thuộc vào người lái nữa ,bộ trợ lực lái điềukhiển bằng điện tử sẽ hỗ trợ một phần trong việc điều khiển xe, đặc biệt là lúcxe chạy với tốc độ cao thì việc điều khiển xe sẽ khó hơn, lúc này bộ trợ lựcđiện tử sẽ tự động điều chỉnh để cho xe có thể chạy được bình thường giảmcăng thẳng cho người lái, và nâng cao độ an toàn cho người và xe.

1.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển của hệ thống lái điện

Vào khoảng năm 2000, tay lái trợ lực điện (EPS) được các nhà cung ứnggiới thiệu với các nhà sản xuất ô tô.

Năm 2005, EPS nhanh chóng chiếm được 25,8% thị phần xe mới, khôngbằng một nửa tay lái thủy lực (Hydraulic Power Steering, HPS) với 56,3%,tay lái không trợ lực vẫn được khách hàng lớn tuổi ưa chuộng chiếm 17,9%thị phần Chỉ 6 năm sau, năm 2011, EPS nhanh chóng chiếm 58,2%, HPS thuhẹp chỉ còn 30,9% và tay lái không trợ lực còn 10,9%.

Hình 1.1 Thị phần sử dụng của các hệ thống lái điện qua các năm.Lí do EPS phát triển nhanh chóng là dựa vào những ưu thế sau:

 Ở HPS, xe chạy càng nhanh tốc độ bơm thủy lực càng mạnh taylái trở nên rất nhạy nhiều khi vượt quá khả năng kiểm soát của tài xế,trong khi EPS sử dụng cảm biến tốc độ nên mức độ trợ lực luôn thíchhợp.

 HPS phức tạp hơn, nặng hơn và chiếm không gian nhiều hơnEPS HPS sử dụng dầu khoáng để vận hành, do vậy bơm thủy lực phảihoạt động liên tục đòi hỏi động cơ cũng phải hoạt động liên tục, trongkhi ở EPS chỉ khi bẻ lái đông cơ điện mới hoạt động nhờ ngồn điệncung cấp từ ắc quy Nhờ đặc tính này xe sử dụng EPS có thể được trangbị công nghệ tiết kiệm nhiên liệu stop-start Theo tính toán của các nhàchuyên môn, EPS giúp xe tiết kiệm nhiên liệu từ 2 đến 3% so với HPS.Bên cạnh đó, EPS cũng có nhược điểm Động cơ điện của EPS hiện nayvận hành vít me thông qua đai truyền động, điều này tạo ra nhiều lực ma sátvà giảm đi tính nhanh nhạy của hệ thống.

Dù còn nhược điểm nhưng hệ thống lái trợ lực điên (EPS) rõ rang vượt trộihơn so với hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS) và sẽ dần thay thế nó.

1.2 Các bộ phận chính của hệ thống lái điện

Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) có kết cấu như hình 1.2 Hệ thống lái sửdụng cơ cấu loại bánh răng – thanh răng và có bố trí: mô tơ điện một chiều,cảm biến momen quay vành tay lái, cảm biến tốc độ, bộ vi xử lý ECU.

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện.

1- ECU của EPS; 2- Mô tơ điện một chiều; 3- Cảm biến momen.

1.2.1 Mô tơ điện một chiều

Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụngloại động cơ điện một chiều, nó bao gồm rôto, stato, trục chính và cơ cấugiảm tốc Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít, mô men do rôto độngcơ điện tạo ra được truyền tới cơ cấu giảm tốc sau đó được truyền tới trục lái

chính Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn và tăng tuổi thọ làm việc,khớp nối đảm bảo cho việc nếu động cơ bị hư hỏng thì trục lái chính và cơcấu giảm tốc không bị khóa cứng lại và hệ thống lái vẫn có thể hoạt độngđược.

Hình 1.3 Cấu tạo của mô tơ điện một chiều.1- Trục vít; 2- Vỏ trục lái; 3- Khớp nối;

4- Rô to; 5- Stato; 6- Trục chính (Trục mô tơ);7- Trục lái chính; 8- Bánh vít; 9- Ổ bi.

1.2.2 Cảm biến, rơ le điều khiển, ECU

 Cảm biến momen quay vành tay lái.

Khi người lái xe điều khiển vô lăng, momen lái tác động lên trục sơ cấp củacảm biến momen thông qua trục lái chính Người ta bố trí vòng phát hiện mộtvà hai trên trục sơ cấp phía vô lăng và vòng phát hiện thứ ba trên trục thứ cấp.Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhau bằng một thanh xoắn.

Hình 1.4 Cấu tạo của cảm biến momen quay vành tay lái.1- Vòng phát hiện thứ nhất; 2- Trục sơ cấp; 3- Cuộn dây bù;

4- Vòng phát hiện thứ hai; 5- Cuộn dây phát hiện;6- Vòng phát hiện thứ ba; 7-Trục thứ cấp.

Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòngngoài để hình thành một mạch kích thích Khi tạo ra momen lái thanh xoắn bịxoắn tạo ra độ lệch pha giữa vòng phát hiện thứ hai và ba Dựa trên độ lệchpha này một tín hiệu tỉ lệ với momen được đưa vào ECU Dựa trên tín hiệunày ECU tính toán momen trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ điện vớimột cường độ, chiều và thời điểm cần thiết.

 Rơ le điều khiển.

Rơle điều khiển có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và cung cấpđiện cho mô tơ điện một chiều hoạt động và ngắt điện ngừng quá trình trợ lực.

 ECU EPS.

ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá chung tình trạng của xevà quyết định dòng điện cần thiết để đưa vào mô tơ điện một chiều để trợ lực.

ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đưa tới ECU EPS ECU động cơ nhậnbiết tốc độ của động cơ và đưa tới ECU EPS.

Trong trường hợp hệ thống có sự cố ECU EPS sẽ gửi tín hiệu tới rơle bậtsáng đèn trên trên đồng hồ táp lô.

1.3 Ưu điểm của hệ thống lái điện so với các hệ thống lái khác

 Hệ thống lái trợ lực điện có thể thay đổi tỷ số truyền lái một cáchlinh hoạt tùy thuộc vào tốc độ của xe và góc qua vành tay lái.

Trên đa số các xe hơi hiện nay người ta thường phải xoay vành tay lái đếnba bốn vòng để chuyển hướng bánh xe từ cuối cùng bên trái sang tận cùngbên phải và ngược lại Một tỷ số truyền cao nghĩa là bạn phải quay vành taylái nhiều hơn để bánh xe đổi hướng theo một khoảng cách cho trước Tuynhiên một tỷ số truyền cao sẽ không hiệu quả bằng tỷ số truyền thấp Tỷ sốtruyền thấp sẽ cho tay lái phản ứng nhanh hơn.

Với hệ thống lái trợ lực điện thì có thể thay đổi tỷ số truyền lái để phù hợpvới từng trường hợp có thể xảy ra trong quá trình lái xe Đặc biệt là khi xe quachỗ cua gấp thì không cần xoay nhiều vành tay lái Còn đối với xe không cóbộ trợ lực điện thì không thể thay đổi được tỷ số truyền.

 Khi chuyển hướng xe đột ngột thì vết của hai bánh trước và sau trùngnhau tránh cho lốp xe it bị mòn.

Với hệ thống lái trợ lực điện thì khi người lái thay đổi hướng chuyển độngcủa xe như lúc quay vòng hay vượt lên trước xe khác thì vết của hai bánhtrước và sau trùng nhau, chính điều này giúp cho lốp xe ít bị mòn và bám sátquỹ đạo quay vòng của xe.

Đối với các xe không dùng hệ thồng lái trợ lực điện thì khi thay đổi hướngchuyển động của xe như lúc quay vòng hoặc vượt lên trước xe khác thì vếtcủa hai bánh xe trước và hai bánh sau không trùng với nhau, nên lốp của các

bánh xe mau mòn hơn và quay vòng cũng không xác bằng hệ thống lái trợ lựcđiện và đặc biệt là lúc quay vòng ở tốc độ cao sẽ dễ bị lật xe.

 Không cần phải quay nhiều vòng vành tay lái khi qua khúc cua,chỉ cần một tác động nhỏ ở vành tay lái là đã tạo nên một góc xoaytương đối lớn ở bánh xe Giúp cho người lái có cảm giác thoải mái vàtự tin.

 Quay vòng xe sát, giảm bớt lực tác dụng lên vành tay lái.

 Với hệ thống lái trợ lực điện thì nó có thể xen vào trong một tứckhắc để điều chỉnh nếuhệ thống lái có sự cố Khi bộ trợ lực điện cóhỏng hóc thì hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường.

 Hệ thống lái trợ lực điện hoạt động êm dịu, độ tin cậy cao.

KẾT LUẬN

Qua chương 1, chúng ta đã tìm hiểu được:

 Khái quát về sự ra đời và phát triển của hệ thống lái trợ lực điện(EPS).

 Cấu tạo chung của hệ thống lái điện

 Biết được ưu điểm của hệ thống lái điện (EPS) so với hệ thống lái trợlực thủy lực (HPS).

Hiện nay hệ thống lái điện được đưa vào sử dụng trên nhiều loại xe của cáchang xe nổi tiêng như TOYOTA, HONDA, BMW, NISSAN, MAZDA,LEXUS,… Cũng như theo tiêu đê đồ án em đang làm là nghiên cứu hệ thốnglái điện trên xe MAZDA CX-5 Lí do em chọn loại xe này vì đây là chiếc xeđược trang bị những công nghệ hiện đại với thiết kế mạnh mẽ, đầy sáng tạo,có thể nói MAZDA CX-5 là mẫu xe hội tụ những công nghệ tinh hoa củaMAZDA Một số công nghệ nổi bật như động cơ xăng thế hệ mới (Skyactiv-G), hộp số tự động thế hệ mới (Skyactiv-Drive), thiết kế than xe thế hệ mới(Skyactiv-Body) và đặc biệt với công nghệ khung gầm thế hệ mới (Skyactiv-Chassis) không chỉ hệ thống treoo vững chắc, nhỏ gọn, trọng lượng giảm nhẹ,hệ thống lái của MAZDA CX-5 được trang bị hệ thống trợ lực điện với tỷ sốtruyền cao, tối ưu khả năng kiểm soát cho người lái.

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA HỆTHỐNG LÁI ĐIỆN.

2.1 Giới thiệu chung về xe MAZDA CX-52.1.1 Lịch sử ra đời của MAZDA CX-5

MAZDA CX5 ra đời đầu tiên trên thế giới vào năm 2011 dựa trên dòng xeMazda MINAGI, nhằm thay thế dòng SUV Tribute trước đó Ngay lập tứcCX5 (MAZDA CX-5) đạt được giải thưởng xe hơi Nhật của năm 2012-2013cùng doanh số bán xuát sắc tại thị trường Bắc Mỹ, cùng các giải thưởngGreen Car của năm MAZDA CX-5 là chiếc xe tiên phong trong việc ứngdụng công nghệ SkyActiv siêu tiết kiệm nhiên liệu và vận hành tối ưu, antoàn

Hình 2.1 Hình dáng ngoài xe MAZDA CX-5.

CX-5 là sản phẩm thương mại đầu tiên của Mazda ứng dụng ngôn ngữ thiếtkế Kodo – Soul of Motion – “linh hồn của chuyển động” đã từng thể hiện trên2 mẫu concept Minagi và Shinari giới thiệu trước công chúng vào năm ngoái.Nét trọng điểm của ngôn ngữ này nằm ở thiết kế khí động lực học, được tínhtoán kĩ lưỡng nhằm giúp chiếc xe đạt được lực cản gió ở mức thấp nhất cóthể, tạo cảm giác chiếc xe như không ngừng chuyển động ngay cả khi nó đangđứng yên.

Điểm nổi bật của ngôn ngữ thiết kế mới này là mũi xe nhô lên và phongcách năng động hơn với lời giải thích là đem đến cho chiếc xe “cảm giác rõhan về sức sống và sự nhanh nhẹn” Với chiều dài cơ sở là 2.6m ( ngắn hơnCX-7 5cm) và rộng 1.8m, CX-5 có han hình thon gọn nhưng cứng chắc vànhẹ hơn đàn anh CX-7.

Động cơ được trang bị cho CX-5 là độn cơ xăng SKYACTIV-G 2.0LDOHC 16 van với 4 xylanh cùng hệ thống van biến thiên VVT cho phép sảnsinh ra công suất cực đại 155 mã lực tại vòng tua 6.000 vòng/phút Momenxoắn cực đại 203Nm tại 4.000 vòng/phút Đây là động cơ mới nhất củaMazda với tỉ số nén “vô địch” dành cho một động cơ xăng: 13:1 kết hợp cùngcông nghệ phun xăng trực tiếp và đầu kim phun được làm từ vật liệu hợp kimnhôm siêu nhẹ Xe được truyền động bằng hộp số tự động 6 cấp tiêu chuẩn.(Có ứng dụng cả công nghệ SKYACTIV).

2.1.2 Thông số kỹ thuật của xe MAZDA CX-52.1.2.1 Hình dáng tổng thể xe MAZDA CX-5

45402700

Hình 2.2 Hình dáng tổng thể xe ô tô MAZDA CX-5.

2.1.2.2 Các thông số kỹ thuật chính của xe ô tô MAZDA CX-5

Dưới đây là các thông số chính của xe ô tô MAZDA CX-5Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của xe MAZDA CX-5.

Xăng, SkyActiv I4DOHC 16 van với 4

Momen xoắn cựcđại

203Nm, tại 4.000vòng/phút

203Nm, tại 4.000vòng/phút

1710

Hệ thống phanh

Hệ thống phanh sau Đĩa tản nhiệt Đĩa tản nhiệt

Đúc hợp kim nhôm19”

Nút điều khiển trên Điều khiển hệ thống Điều khiển hệ thống

tay lái giải trí giải trí

Gương chiếu hậu

Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ô tô chuyển động theomột hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiếttheo yêu cầu cơ động của xe.

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:

 Vành tay lái, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyềnmomen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.

 Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến cácbánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết củachúng.

 Trợ lực lái: thường được dùng trên các xe tải trọng lớn và vừa.Nó dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng năng lượng bênngoại Trên các xe cỡ nhỏ có thể không có.

2.2.1.2 Phân loại

 Theo vị trí bố trí vành tay lái:

 Vành tay lái bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùngcho những nước xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,…

 Vành tay lái bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật điđường bên trái như Anh, Thụy Điển,…

Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặcbiệt là khi vượt xe.

 Theo kết cấu của cơ cấu lái: Trục vít – Cung răng.

 Trục vít – Chốt quay. Trục vít – Con lăn. Bánh răng – Thanh răng.

 Thanh răng liên hợp (Trục vít – Liên hợp êcu bi – Thanh răng –Cung răng hay Trục vít – Liên hợp êcu – Đòn quay).

 Theo số lượng bánh xe dẫn hướng:

 Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu. Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu.

 Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ trợ lực lái: Trợ lực thủy lực.

 Trợ lực khí (khí nén hoặc chân không). Trợ lực cơ khí.

ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150 khi có trợ lựcvà không lớn hơn 50 khi không có trợ lực).

 Đảm bảo động học quay vòng đúng: để tránh các bánh xe khôngbị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn địnhcủa xe.

 Giảm được các va đập từ đường lên vành tay lái khi chạy trênđường xấu hoặc chướng ngại vật.

 Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vànhtay lái không đựợc quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xedẫn hướng phía trong về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35° Ở vịtrí biên phải có vấu tỳ hạn chế quay của bánh xe.

 Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hưhỏng vẫn có thể điều khiển được xe Đảm bảo an toàn bị động của xe,không gây nên tổn thương cho người sử dụng khi bị đâm chính diện.

 Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tácdụng lên vô lăng (Pvlmax) được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia haytiêu chuẩn ngành:

 Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ không được lớn hơn 150 ÷200 N.

 Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.

2.2.2 Các sơ đồ hệ thống lái

 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc:

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc.1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4- Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay đứng; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay ngang;

8- Cam quay; 9- Cạnh bên của hình thang lái; 10- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối; 13- Xi lanh lực.

 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập.

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập.

1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4- Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay đứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo;

7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc; 9- Bánh xe.

2.3 Cấu tạo của hệ thống lái điện2.3.1 Vành tay lái

Vành tay lái (vô lăng) hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với cácnan hoa, dung để tạo và truyền momen quay do người lái tác dụng lên trục lái.Các nan hoa có thể bố trí đối xứng hoặc không, đều hay không đều tùy theosự thuận tiện khi lái.

Hình 2.5 Vành tay lái.

Vành tay lái ô tô MAZDA CX-5 có dạng hình tròn, được bọc bằng da vớiba nan hoa được bố trí xung quanh vành trong của vành tay lái Vành tay láiđược tích hợp các phím điều khiển đa chức năng cùng cụm điều khiển trungtâm như điều khiển tay ga hành trình cruise control, chức năng điều khiểnbằng giọng nói tiện lợi Đây là thứ khiến bản cảm thấy như thể đang điềukhiển một chiếc xe thể thao

Để đảm bảo độ an toàn cho người lái và hành khách trong trường hợp xe bịđâm chính diện Các ôtô hiện nay cũng như MAZDA CX-5 được trang bị hệ

thống an toàn Hai loại thiết bị an toàn được sử dụng phổ biến hiện nay là dâyan toàn và túi khí an toàn.

Hình 2.6 Túi khí an toàn.

Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủneoprene, được xếp lại và đặc trong phần giữa của vành tay lái Khi xe đâmthẳng vào một xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnhkhắc để hình thành một chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái.Túi khí antoàn chỉ được sử dụng một lần Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới.

2.3.2 Trục lái

Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền momen từvô lăng xuống cơ cấu lái Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêngcủa vô lăng, nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điềukhiển.

Trục lái còn là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiểnhệ thống đèn ,cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dâyđiện và các đầu nối điện, mô tơ điện,…

Đầu trên của trục lái thường có ren và then hoa để liên kết và cố định vànhtay lái trên trục lái, đầu dưới của trục lái liên kết với trục đầu vào của cơ cấulái.

Hình 2.7 Trục lái.

2.3.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển độngquay tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảođảm tăng momen theo tỷ số truyền yêu cầu.

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

MAZDA CX-5 được lắp cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng Cơ cấu loạinày có ưu điểm là tỷ số truyền nhỏ, kết cấu đơn giản, hiệu suất cao nên đượcsử dụng rộng rãi trên ô tô con và ô tô tải nhỏ.

Hình 2.8 Cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng.

Cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng có trục quay (đầu vào) được chế tạogiống một bánh răng trên đoạn trục liên kết trục lắc (đầu ra) Trục lắc là mộtthanh răng thẳng, hai đầu của thanh răng liên kết với hai thanh nối bên củadẫn động lái thông qua các khớp cầu Các răng trên bánh răng và thanh răngliên kết với nhau

Khi bánh răng quay, thanh răng sẽ chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳngngang sang trái hoặc phải tùy theo chiều quay của vô lăng Trong dẫn động láivới cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng không có đòn lắc chuyển hướng màthanh răng trực tiếp truyền chuyển động ngang cho các thanh nối.

2.3.4 Dẫn động lái

Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến cácbánh xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng.

Trong đó hình thang lái là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái Nó cótác dụng duy trì mối quan hệ động học giữa các bánh xe dẫn hướng, làm chocác bánh xe khói trượt lê khi quay vòng, giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn haocông suất và tang tính ổn định.

Hình 2.9 Sơ đồ một số hình thang lái.

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau Đòn ngang có thể cắt rờihay liền tùy theo hệ thống treo độc lập hay phụ thuộc Nhưng dù trong trườnghợp nào thì kết cấu của hình thang lái phải phù hợp với động học bộ phậnhướng của hệ thống treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnhhưởng đến động học của dẫn động, gây ra dao động của bánh xe dẫn hướngquanh trục quay.

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờviệc chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trongdẫn động nhờ sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở.

2.3.5 Trợ lực lái điện

Tùy theo vị trị đặt của trợ lực lái điện (mô tơ điện) có hai kiểu trợ lực láiđiện Kiểu thứ nhất, mô tơ điện đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành taylái Kiểu thứ hai, mô tơ điện được tích hợp vào cơ cấu lái Trên xe MAZDACX-5 trợ lực lái điện thuộc kiểu thứ nhất.

Hình 2.10 Bộ trợ lực lái điện.

1- Mô tơ điện; 2- Cảm biến momen; 3- Trục lái; 4- Trục vit – Bánh vít5- Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng;

Hình 2.11 Cấu tạo mô tơ điện một chiều.

2.3.6 Các loại cảm biến trong hệ thống lái điện

Trong hệ thông lái điện, phần tử rất quan trọng không thể thiếu là các cảmbiến Các cảm biến này có nhiệm vụ truyền thông tin đên ECU để ECU xử lýthông tin và quyết định vòng quay của mô tơ điện.

Cảm biến trong hệ thống lái điện gồm : Cảm biến momen quay vành taylái, cảm biến tốc độ ô tô.

 Cảm biến momen quay vành tay lái:

Hình 2.12 Vị trí lắp và cấu tạo của cảm biến momen quay vành tay lái.1- Cảm biến momen vành tay lái; 2- Trục lái chính; 3- Vành tay lái4- Vòng phát hiện số 1; 5- Trục sơ cấp; 6- Cuộn dây bù

7- Cuộn dây cảm ứng; 8- Vòng phát hiện số 3; 9- Trục thứ cấp10- Từ trục lái; 11- Từ cơ cấu lái; 12- Vòng phát hiện số 2.

Gồm trục vào (gắn với phần trên trục lái), trục ra (gắn với phần nối tiếp củatrục lái tới cơ cấu lái), giữa trục vào và trục ra được lien kết bằng một thanhxoắn Trên trục vào lắp một vòng phát hiện (cảm ứng) số 1 có các rãnh để càivới các răng của vòng phát hiện số 2 Còn vòng phát hiện số 3 cũng có cácrăng và các rãnh được lắp trên trục ra Phía ngoài các vòng cảm ứng là cáccuộn dây được chia ra các cuộn dây cảm ứng và các cuộn dây bù.

 Cảm biến tốc độ ô tô

Hình 2.13 Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE.

1- Trục thứ cấp của hộp số; 2- Bánh răng bị động; 3- Cảm biến tốc độ ô tô4- Mạch MRE; 5- Các vòng từ tính.

Cảm biến được lắp ở trục thứ cấp của hộp số Cảm biến gồm một vòng namchâm nạp nhiều cực lắp trên trục của cảm biến Khi vòng nam châm quay, từtrường sẽ tác động lên mạch từ trở MRE và tạo ra các xung điện xoay chiềutại hai đầu mút 2 và 4 của mạch MRE Các xung đưa tới bộ so và điều khiểntranzito để tạo xung 0V – 12V ở đầu ra của cảm biến Tần số xung tỉ lệ vớitốc độ động cơ.

Tín hiệu ra của cảm biến được đưa tới đồng hồ côngtơmet để báo tốc độcủa ô tô và đưa tới ECU để điều khiển mô tơ điện.

2.4 Nguyên lí hoạt động của hệ thống lái điện

Hệ thống lái trợ lực điện hoạt động không như các hệ thống lái khác Khixe chạy với tốc độ chậm, bình thường thì việc điều khiển xe tương đối dễdàng, lúc này bộ trợ lực điều khiển điện tử vẫn chưa hoạt động Khi xe chạyvới tốc độ cao, tình trạng mặt đường xấu và có sự thay đổi đột ngột trong khilái như qua khúc cua với tốc độ cao, lạn lách để trách các xe khác thì lúc này

bộ trợ lực điều khiển điện tử mới hoạt động để hỗ trợ cho người lái sử lý tìnhhuống một cách dễ dàng hơn.

Để biết được những sự thay đổi đó thì ở hệ thống lái này có các cảm biếnđể thu nhận những tin hiệuđể truyền đến bố xử lý trung tâm ECU Thường cócác cảm biến như cảm biến tốc độ của xe, cảm biến góc quay vành tay lái,…Bộ xử lý trung tâm ECU sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến sẽ xử lýcác thông tin đó và đưa ra tín hiệu để điều khiển cho mô tơ điện quay, làmcho bộ bánh răng hành tinh quay theo dẫn tới thanh răng sẽ được chuyển độngvà làm cho các bánh xe dẫn hướng hoạt động.

Cụ thể, khi người lái xe điều khiển vành tay lái, momen lái tác động lêntrục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính Người ta bố trí cácvòng phát hiện 1 và 2 trên trục sơ cấp (phía vành tay lái) và vòng 3 trên trụcthứ cấp (phía cơ cấu lái) Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối bằng một thanhxoắn Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trênvòng ngoài để hình thành một mạch kích thích Khi tạo ra momen lái thanhxoắn bị xoắn tạo độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 Dựa trên độ lệch phanày, một tín hiệu tỷ lệ với mô men vào được đưa tới ECU Dựa trên tín hiệunày, ECU tính toán momen trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ.

Qua chương 2, chúng ta hiểu thêm về:

 Thông tin chi tiết về toàn bộ xe MAZDA CX-5. Tìm hiểu chung về cấu tạo hệ thống lái trên xe.

 Nghiên cứu sâu về cấu tạo và hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện.

CHƯƠNG 3 KẾT CẤU VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN LÁI ĐIỆN TRÊN XE.

3.1 Các thông số cơ bản của hệ thống lái điện3.1.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái điện

Hệ thông lái điện là một loại cơ cấu truyền chuyển động từ vành tay lái đếnđòn chuyển hướng tại bánh xe dẫn hướng Trong phạm vi hệ thống lái điên cóthể phân biệt các tỷ số truyền sau:

 Tỷ số truyền của dẫn động lái (id) : Trong quá trình các bánh dẫnhướng xoay thì độ dài cánh tay đòn của các thanh và đòn thuộc dẫnđộng lái sẽ thay đổi Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào sơ đồđộng học của nó, nhưng thường thay đổi không nhiều lắm trong cáckiểu dẫn động lái hiện nay.

id = 0,85 ÷ 1,1 Lấy id = 1,1.

 Tỷ số truyền của cơ cấu lái (iω) : Là tỷ số truyền của góc quaycủa vành tay lái chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng Tỷ sốtruyền của cơ cấu lái có thể có trị số cố định hoặc có thể tăng hoặcgiảm khi vành tay lái được quay khỏi vị trí trung gian.

Đối với ô tô du lịch tỷ số truyền iω lấy từ 12 ÷ 20, ô tô tải lấy từ 16÷ 32 Ta lấy iω = 20.

 Tỷ số truyền của mô tơ điện (iđ) : Mô tơ điện được trang bị vàotrục lái với kết cấu trục vít - bánh vít Ta lấy iđ = 15.

 Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái (ig): Là tỷ số truyền củagóc quay vành tay lái chia cho góc quay của bánh dẫn hướng.

ig = iω.id (3-1)

Thay các giá trị vào (3-1) ta có tỷ số truyền của hệ thống lái:

ig = 20.1,1 = 22

3.1.2 Điều kiện không trượt khi quay vòng

Để các bánh xe ôtô không bị trượt khi quay vòng thì các đường thẳng điqua trục các bánh xe phải cắt nhau tại một điểm Điểm này được gọi là tâmquay vòng tức thời của xe.

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng.

Đối với xe MAZDA CX-5 2WD trang bị dẫn động cầu trước thì tâm quayvòng O của xe nằm ở trên đường tâm của cầu sau.

Hình 3.2 Sơ đồ động học của xe MAZDA CX-5 2WD.

α, β: Góc quay của các bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong.B: Khoảng cách giữa hai đường tâm trục.

L: Chiều dài cơ sở của xe.R: Bán kính quay vòng của xe.

Để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng cần thỏa mãn: