Đề cương hệ thống lái trên ô tô I. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU HỆ THỐNG LÁI Công dụng, phân loại hệ thống lái: (1) Nhiệm vụ: Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi và duy trì hướng chuyển động của ôtô theo một hướng nhất định nào đó. (2) Phân loại. + Theo cách bố trí vành tay lái: Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (khi chiều thuận đi đường là chiều phải). Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (khi chiều thuận đi đường là chiều trái). + Theo kết cấu của cơ cấu lái Trục vít cung răng Trục vít con lăn Bánh răng thanh răng Liên hợp (Trục vít ê cu đòn quay hay trục vít êcu thanh răngcung răng ). + Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực: Loại trợ lực thuỷ lực. Loại trợ lực khí (gồm cả cường hóa chân không). Loại trợ lực điện. + Theo vị trí cầu dẫn hướng:
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT BÀI GIẢNG HỆ THỐNG LÁI Chuẩn đầu học phần: L1.1: Vận dụng kiến thức vật lý vào giải thích nguyên lý làm việc phân tích đặc tính kết cấu tơ L1.2: Có khả tư bao quát hệ thống tổng thành xe L4.1: Phân tích chức năng, nguyên lý cấu trúc hệ thống kết cấu gầm ô tô Mục tiêu học: Bài học cung cấp kiến thức nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại nguyên lý làm việc hệ thống lái ô tô Sau học xong học này, sinh viên hiểu, trình bày cấu tạo ngun lý làm việc chung phận cấu thành HTL Phân tích, so sánh ưu, nhược điểm loại phương pháp trợ lực HTL tơ I CƠNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU HỆ THỐNG LÁI Công dụng, phân loại hệ thống lái: (1) Nhiệm vụ: Hệ thống lái ô tô dùng để thay đổi trì hướng chuyển động ơtơ theo hướng định (2) Phân loại + Theo cách bố trí vành tay lái: - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (khi chiều thuận đường chiều phải) - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (khi chiều thuận đường chiều trái) + Theo kết cấu cấu lái - Trục vít - cung - Trục vít - lăn - Bánh răng- - Liên hợp (Trục vít ê cu địn quay hay trục vít êcu răng-cung ) + Theo kết cấu nguyên lý làm việc trợ lực: - Loại trợ lực thuỷ lực - Loại trợ lực khí (gồm cường hóa chân khơng) - Loại trợ lực điện + Theo vị trí cầu dẫn hướng: - Cầu trước dẫn hướng - Cầu sau dẫn hướng II CẤU TẠO CHUNG HỆ THỐNG LÁI ❖ Hệ thống lái khơng có trợ lực: a Kết cấu: Hình 1.97: Kết cấu hệ thống lái khơng có trợ lực 1- Vành tay lái, 2- Trục lái, 3- trục vít, 4- Cung răng, 5- Tay quay, 6- Đòn dọc, 7- Đòn quay, 9- Dòn ngang, 8,10- Đòn bên, 11; 12 – Cam quay, 13- Dầm cấu b Hoạt động: Tác động lên vành tay lái, qua trục lái đến cấu lái làm tay quay quay góc phụ thuộc vào góc quay vành tay lái Tay quay kéo dòn dọc di chuyển theo chiều dọc, kéo dòn quay làm cam quay bên phải quay Qua dòn bên dòn ngang làm cam quay bên phải quay theo chiếu ❖ Hệ thống lái có trợ lực: Đối với ơtơ tải có trọng tải lớn, xe khách loại vừa cỡ lớn lực tác dụng lên vành tay lái lớn, để làm giảm nhẹ lực tác dụng lên vành tay lái điều khiển hệ thống lái bố trí thêm trợ lực lái, để tăng tính an tồn cho ôtô chuyển động tốc độ cao loại tơ bố trí trợ lực lái Hình 1.98: Kết cấu hệ thống lái có trợ lực Hình 1.99: Sơ đồ nghuyên lý làm việc quay vịng trái Hình 1.100: Sơ đồ nghun lý làm việc quay vòng phải Kết cấu phận chính: ❖ Trục lái vanh tay lái: Hình 1.101: Kết cấu trục lái vành tay lái Trục lái bao gồm trục lái để truyền chuyển động quay vành tay lái đến hộp cấu lái ống vỏ trục lái để cố định trục lái thân xe Phần đầu trục lái cắt ren vó then hoa để lắp vành tay lái giữ đai ốc Trục lái bao gồm cấu hấp thụ lượng va đập Trục lái lắp vào thân xe giá bắt dễ vỡ, trục lái vỡ dễ dàng gặp tai nạn Phần trục lái bắt với hộp cấu lái khớp mềm hay khớp đăng để giảm tối thiểu ảnh hưởng va đập từ mặt đường truyền từ hộp cấu lái lên vành tay lái III CƠ CẤU LÁI Hộp cấu lái có nhiệm vụ truyền lực lái xe đến bánh xe dẫn hướng, mà cịn có tác dụng giảm lực quay vành tay lái cách tăng mômen đầu Tỷ số truyền hộp cấu lái thường nằm khoảng 18:1 ÷ 20:1 Tỷ số truyền lớn làm giảm lực quay vòng cần phải quay vành tay lái nhiều vào cua Có nhiều loại hộp cấu lái, sử dụng phổ biến xe ngày loại sau đây: a Hộp cấu lái loại trục vít – êcu: Trên êcu có ăn khớp với bánh rẽ quạt trục tay quay Trong êcu trục vít có lắp nhiều viên bi, nửa nằm rãnh trục vít nử nằm êcu Khi trục vít xoay, viên bi tạo lực đẩy êcu di chuyển tới lui làm bánh quay Ưu điểm lực ma sát thấp lái nhẹ Hình1.102: Kết cấu hộp cấu lái trục vít - êcu b Hộp cấu lái loại trục vít – lăn: Trên trục vít có lõm gắn với trục lái, lăn lắp trục tay quay ăn khớp với trục vít Khi trục vít xoay làm lăn vừa xoay trục vừa di chuyển theo trục vít Ưu điểm có kết cấu đơn giản, chiều dải trục vít nhỏ, tiếp xúc ăn khớp trục vít với lăn tốt nên mịn mịn Hình 1.103: Kết cấu hộp cấu lái trục vít – lăn c Hộp cấu lái loại trục vít – răng: Thay đổi chuyển động quay vành tay lái thành chuyển động sang trái hay phải Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ Hệ thống lái cứng vững độ nhạy cao Hình 1.104: Kết cấu hộp cấu lái trục vít – răn ❖ Thanh dẫn động lái: Hệ thống dẫn động lái gồm đòn thanh, dùng để truyền chuyển động hộp cấu lái đến bánh xe dẫn hướng Hệ thống phải truyền cách xác chuyển động vành tay lái đến bánh xe dẫn hướng Cơ có ba loại dẫn động lái sau: a Loại dẫn động dùng cho hệ thống treo phụ thuộc: Hình 1.105: Thanh dẫn động lái dùng cho hệ thống treo phụ thuộc Dẫn động lái loại gồm đòn ngang, đòn dẫn động cam quay kết hợp với dầm cầu tạo thành hình thang lái Địn dọc nối tay quay với hình thang lái khớp cầu Như tay quay xoay làm đòn dọc di chuyển theo chiều dọc, qua cam dẫn động quay làm đòn ngang di chuyển qua lại theo chiều ngang b Loại dẫn động dùng cho hệ thống treo độc lập: Hình 1.106: Thanh dẫn động lái dùng cho hệ thống treo dộc lập Loại gồm cặp nối hai bên nối với kéo ngang khớp cầu Ống điều chỉnh lắp hai đầu nối để điều chỉnh độ chụm bánh xe dẫn hướng, tay quay nối với kéo ngang ống điều chỉnh đoạn c Loại dẫn động dùng cho trục vít – răng: Hình 1.107: Thanh dẫn động lái dùng cho loại trục vít – Khớp cầu: Hình 1.108: Kết cấu khớp cầu Hình 1.109: Các loại khớp cầu GÓC ĐẶT BÁNH XE Hình 1.86: Các góc đặt bánh xe dẫn hướng ❖ Góc nghiêng ngồi bánh xe (góc Camber): - Góc nghiêng ngồi bánh xe góc hợp mặt phẳng cắt dọc qua tâm bánh xe với trục thẳng đứng, mặt phẳng cắt ngang xe - Góc có giá trị từ 0𝑜 1200 đến 2𝑜 3000 , gọi dương nghiêng ngược lại gọi âm Trên số loại xe góc cịn có giá trị khơng Hình 1.87: Góc nghiêng ngồi (camber) Góc camber dương: - Trên xe có góc camber dương, tải trọng tác dụng lên trục cam lái (hình 1.88) đặt phía làm giảm tải trọng lên trục cam lái - Ngoài ra, phản lực F phân làm hai thành phần lực F1 vng góc đường trục F2 theo đường tâm trục Nhờ lực F2 đẩy bánh xe vàobên giảm tải cho đai ốc đầu trục để tránh bánh xe rơi ngoài, quay vịng Nhờ ổ bi ngồi làm nhỏ ổ bi - Giảm khoảng cách L, nhờ giảm lực quay bánh xe - Trong trường hợp biến dạng lốp phản lực mặt đường làm lốp xe mịn nhiều phía bên hình 1.88d Góc camber âm: - Khi quay vịng, góc camber âm làm giảm khả nghiêng bánh xe so với mặt đường, nên nâng cao tính quay vịng xe - Ngăn cản lực camer ý muốn đầy tải quay vịng (hình 1.90) - Trong trường hợp biến dạng lốp phản lực mặt đường làm lốp xe mịn nhiều phía bên ngồi hình 1.89b Hình 1.88: Góc camber dương Hình 1.89: Góc camber âm Hình 1.90: Góc camber thay đổi xe quay vịng Góc camber khơng: Khi chuyển động đường phẳng, góc camber khơng đảm bảo bánh xe mịn Hình 1.91: Góc camber khơng 2.3.2 Độ chụm bánh xe (Ton-in): Độ chụm bánh xe độ lệch phần trước so với phần sau bánh xe nhìn từ xuống theo hướng chuyển động xe (hình 1.92) Góc lệch bánh xe gọi góc chụm Giá trị độ chụm thường từ 2÷3 (mm) A B gọi độ dỗng gọi độ chụm âm Hình 1.92: Độ chụm bánh xe dẫn hướng Hình 1.93: Tác dụng độ chụm bánh xe - Tác dụng độ chụm để khắc phục ảnh hưởng góc nghiêng camber dương sinh Khi có góc nghiêng camber dương chuyển động làm hai báng xe có xu hướng lăn phía ngồi, bánh xe bị trượt lếch mặt đường, gây mịn khơng Khi có độ chụm, bánh xe lăn theo vòng cung o1, tâm dịch phía trước so với dầm cầu - Khi bánh xe chuyển động lực cản chuyển đông mặt đường lên bánh xe làm bánh xe có xu hướng quay quanh tâm trụ đứng làm ổn định chạy thẳng, nhờ độ chụm khắc phục tượng ổn định lái, độ chụm dương khắc phục tượng tạo nên ổn định chuyển động thẳng - Khi xe vào đường nghiêng, bánh xe có xu hướng nghiêng vào phía nghiêng, bánh xe có độ chụm làm cho bánh xe có xu hướng quay theo chiều ngược lại tức ổn định thẳng Góc nghiêng trụ đứng ( kingpin angle): - Góc nghiêng trụ đứng góc hợp đường tâm trụ đứng trục thẳng đứng mặt phẳng cắt ngang Góc nghiêng có giá trị từ 00 ÷120 - Khoảng cách từ tâm đường trụ đứng giao với mặt đường đến tâm bánh xe giao với mặt đường gọi độ lệch "L" hay cịn gọi bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng Bán kính quay nhỏ giảm lực điều khiển lái xe - Bán kính quay lớn, phản lực bánh xe chuyển động hay lực phanh sinh mômen làm xoay bánh xe quanh trụ đứng Nhờ độ lệch nhỏ giảm lực va đập lực phanh làm ổ định chuyển động thẳng ôtô - Độ nghiêng trụ đứng cịn có xu hướng đưa bánh xe dẫn hướng vị trí hướng thẳng quay vịng Hình 1.94: Góc nghiêng trụ đứng (Kingpin angle) Góc nghiêng sau trụ đứng ( caster angle): - Là góc hợp đường tâm trụ đứng với trục thẳng đứng mặt phẳng cắt dọc - Nếu nghiêng phía sau gọi góc caster dương, nghiêng phía trước gọi góc caster âm - Khoảng cách từ giao điểm đường tâm trục lái với đến vùng tiếp xúc lốp xe với mặt đường gọi vết bánh xe - Góc nghiêng sau trụ đứng dương có tác dụng tăng ổn định chuyển động thẳng ơtơ Giá trị góc vào khoảng 00 ÷70 Hình 1.95: Góc nghiêng sau trụ đứng (Caster angle) Bán kính quay: Nếu bán kính quay bánh trước bên phải bên trái (r1 = r2) hình 1.96 Nhưng bánh xe quay quanh tâm khác (o1 o2) , bánh bên có độ trượt ngang nên quay vịng khơng êm Hình 1.96: Bán kính quay bánh xe dẫn hướng Để tránh điều người ta thiết kế sau cho quay vịng bán kính quay bánh xe r1 > r2 góc quay, tâm quay o trùng để đạt bán kính quay vịng theo mong muốn YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN Đọc hết đề cương chi tiết giảng, slides giảng, xem video giảng, hoàn thành câu hỏi trắc nghiệm, đọc giáo trình chương hệ thống lái tơ Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Huy Chiến; Lê Văn Anh; Hồng Quang Tuấn; Phạm Việt Thành (2016) Giáo trình Kết cấu ô tô – NXB KH&KT [5] Jack Erjavec (2010) Automotive Technology A Systems Approach 5th Edition [6] David A Crolla (2009) Automotive Engineering: Powertrain, Chassis System and Vehic