Đề tài nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên toyota đời mới

Đồ án nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên toyota đời mới

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC

TRÊN Ô TÔ TOYOTA ĐỜI MỚI

GVHD : Th.s TRẦN ANH SƠN SVTH : LÊ NGỌC CHUNG - 07702231 PHẠM TIẾN HÙNG - 07709611 Lớp : DHOT3

Khoá : 03

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC

TRÊN Ô TÔ TOYOTA ĐỜI MỚI

GVHD : Th.s TRẦN ANH SƠN SVTH : LÊ NGỌC CHUNG - 07702231 PHẠM TIẾN HÙNG - 07709611 Lớp : DHOT3

Khoá : 03

Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳmạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặcbiệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản phẩm

xe hơi, nó không những là phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó còn là tác phẩm thểhiện sự tiện nghi và sang trọng chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiệnđại, di cùng với nó là sự tiện nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và pháttriển nhằm tạo ra sự êm ái và an toan khi điều khiển chính vì vậy, nhóm chúng em đã

đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng emchỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên các dòng xe du lịch toyota đời mới

thành tới.

Ban giám hiệu, khoa Công Nghệ Động Lực trường Đại Học Công NghiệpTP.Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ chúng em trong quá trình họctập và hoàn thành đồ án tố nghiệp

Thầy Trần Anh Sơn, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, độngviên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình học tập và hoànthành luận văn tốt nghiệp Chúng em cũng muốn gửi lời cám ơn tới các thầy trong tổphản biện, cũng là những người thầy đáng kính đã truyền đạt cho chúng em những kiếnthức, kỹ năng thực hành quý báu trong chuyên nghành công nghệ ô tô

Chúng em xin gửi lời cám ơn tới tất cả các thầy cô trong các khoa, phòng tạitrường Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh - những người đi trước trên hành trình

đi tìm tri thức, những người đã hướng dẫn, hỗ trợ chúng em suốt bốn năm học đại học

Cuối cùng xin dành lời cảm ơn tới cha me, đã sinh ra và nuôi dưỡng chúng con

đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ chúng con học tập làm việc và hoàn thành đồán

……… Ngày … tháng… Năm… Giảng viên hướng dẫn

……… Ngày … tháng… Năm… Giảng viên phản biện

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 10

1.1 Lý do chọn đề tài 10

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 10

1.3 Giới hạn đề tài 11

1.4 Phương pháp nghiên cứu 11

1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiễn 12

1.6 Bố cục của luận văn 12

CHƯƠNG II ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ 14

2.1 quá trình quay vòng ô tô 14

2.2 các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng 15

2.3 Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô quay vòng 17

2.4 xét sự quay vòng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp 18

2.5 Các trường hợp quay vòng 19

2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính 19

2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu 19

2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa 20

2.6 Ổn định khi quay vòng 20

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ TRONG HỆ THỐNG LÁI 23

3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô 23

3.2 Điều kiện không trượt khi quay vòng 24

3.3 Hình học lái 28

3.4 Các yêu cầu của hệ thống lái 36

3.5 Trợ lực lái 37

CHƯƠNG IV CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG LÁI 42 4.1 Yêu cầu của hệ thống lái 42

4.2 Lực cản quay vòng 45

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi quay vòng 50

CHƯƠNG V PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN TỬ 61

5.1 Khái niệm chung về hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 61

5.2 Phân loại các hệ thống trợ lực lái 61

5.3 Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 63

5.3.1 Van xoay phân phối 63

5.3.2 Bơm thủy lực 64

5.3.3 Hệ thống cảm biến lái trợ lực điện tử 69

5.3.3.1 Bộ cảm biến lái 69

5.3.3.2 Cảm biến tốc độ xe (vehicle speed sensor) 72

5.3.3.4 Cảm biến tốc độ góc bánh lái (steering wheel rotation sensor) 73

5.3.4 Hộp số lái 73

CHƯƠNG VI THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI 101

6.1 Giới thiệu và trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS 101

6.2 Xây dựng và giải thích lưu đồ thuật toán 102

6.3 Xây dựng phần cứng tương ứng 104

CHƯƠNG VII KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

7.1 Kết luận 105

7.2 Kiến nghị 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây Nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳmạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặcbiệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô

chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, di cùng với nó là sựtiện nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và

an toan khi điều khiển

Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an toàn củamột chiếc xe Chính vì vậy, nhóm chúng em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắchoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợlực trên các dòng xe du lịch toyota đời mới

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

Nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực trên xe toyota đời mới

Chỉ ra được sự tiện lợi và an toàn hơn các hệ thống trợ lực đời cũ

Nghiên cứu đặc tính quay vòng và điều kiện an toàn khi xe đi vào đường vòng.Xây dựng được thuật toán điều khiển trợ lực lái

1.3 Giới hạn đề tài

Hệ thống lái trợ lực trên ôtô toyota đời mới thì đây là một đề tài khó trong việcnghiên cứu Vấn đề giải quyết các bài toán chuyển động quay vòng ổn định là quá phứctạp Với mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra ở trên nên đề tài không đi sâu vào tính toán

Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ nghiên cứu ở phạm vi các hệ thống trợ lực láiđiều khiển điện tử trên các dòng xe du lịch Toyota đời mới Sự điều khiển điện tử hệthống trợ lực lái chỉ đưa ra tính năng và nguyên lý của một vài hệ thống

chuyển động trên ôtô Đã chỉ ra được sự tiện lợi hơn của hệ thống trợ lực điện Từ đóđiều khiển các thông số đầu vào tối ưu cho hệ thống trợ lực lái điện tử Quá trình hoạtđộng của hệ thống trợ lực lái điện tử được so sánh và đánh giá với hệ thống cơ khíthông thường Qua đó nhằm chứng minh tính vượt trội của hệ thống trợ lực lái điềukhiển bằng điện tử Tìm hiểu một vài nguyên lý và cấu tạo của hệ thống trợ lực điềukhiển bằng điện tử trên ôtô hiện đại đang được sử dụng Xây dựng một lưu đồ thuật toánđiều khiển hệ thống trợ lực lái với các thông số đầu vào cơ bản.

1.6 Bố cục của đồ án

Luận văn được chia làm 7 chương

Chương I Mở đầu

Chương II Động lực học quay vòng ôtô

Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống lái

Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống trợ lực lái

Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử

Chương VI Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái

Chương VII Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG II ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ.

2.1 quá trình quay vòng ô tô

Trong quá trình chuyển động của ô tô, ô tô luôn thực hiện các động tác thay đổi hướng chuyển động quá trình chuyển hướng đó là quá trình quay vòng của ô tô Quá trình quay vòng có thể chia làm 3 giai

đoạn như sau

Đi vào đường vòng

Quay vòng

Đi ra khỏi đường vòng

Ta xét tại một thời điểm tức thời khi

xe đang quay vòng, khi đó xe có bán kính

quay vòng tức thời R

Trong hình bên: có Hình 2.1 Quá trình quay vòng ô tô

là góc quay trung bình

là góc quay của bánh xe chuyển hướng bên ngoài

là góc quay của bánh xe chuyển hướng bên trong

Xét tam giác vuông OAB ta có

Do đó R  tg L

Các góc quay của các bánh xe chuyển hướng trong , ngoài được xác định như sau:

L

m R

g n 2

cot    Do đó

L

m R g ar



m R

,

n t n

( 2

n t n

hướng khi quay vòng

Trong quá trình chuyển động của ô tô,

bánh dẫn hướng chịu tác dụng của các lực:

P’.cos G1 f’ =>

cos

, 1

1 ,

P f G

1 ,

P f

, ,

Để xe chuyển hướng được ổn định

thì góc chuyển hướng lớn hay bé phụ

thuộc vào chất lượng của mặt đường,

biểu thị qua hệ số bám ngang của

bánh xe dẫn hướng với mặt đường cũng như hệ số cản lăn f của bánh xe với mặt đường

hình 2.3 Đồ thị khảo nghiệm

Khảo sát thực tế, ta thu được mối quan hệ giữa o, n, f , biểu thị như ở đồ thị bên.Qua đồ thị bên ta thấy, nếu góc dẫn hướng trong thực tế lớn hơn so với tính toán thì bánh xe dẫn hướng chỉ bị trượt ngang chứ không lăn theo hướng chuyển động khi quay vòng

2.3 Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô quay vòng

Khi ô tô chuyển động trên đường cong có bán kính qua trọng tâm xe là sẽ tạo ra lực ly tâm Plt và lực ly tâm này sẽ có thành phần Py vuông góc với khung xe và gây mất ổn định cho xe khi quay vòng

Jy : gia tốc hướng tâm

Py = =

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

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

hình 2.5 Sự quay vòng của xe có lốp đàn hồi

Khi xe chuyển động quay vòng, thành phần lực ngang Py và do sự đàn hồi của lốp, thì sự quay vòng sẽ làm lốp bị biến dạng

: là góc biến dạng bánh xe cầu trước

: là góc biến dạng bánh xe cầu sau

Ot: tâm quay vòng tức thời khi có biến dạng

Rd: bán kính quay vòng tức thời

L = BC + AC = OTC.tg + OTC.tg = Rd.tg + Rd.tg

Vậy Rd =

2.5 Các trường hợp quay vòng

2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính = => R = R0

Đây là trường hợp tâm quay vòng khác nhau mà bán kính quay vòng bằng nhau

Ở trường hợp này, để giữ cho xe chuyển động thẳng khi có lực ngang tác dụng thì ngườilái cần quay vô lăng sao cho xe lệch khỏi trục đường một góc = = Khi ô tôđang chuyển động thẳng   0 Nếu xuất hiện = thì ô tô sẽ chuyển động xiêntheo phương dọc một góc và như vậy người lái có thể dùng vô lăng để điều chỉnh quỹđạo chuyển động

Hình 2.6 Trường hợp quay vòng trung tính

2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu

Trường hợp δ1 > δ2 Tức là góc lệch hướng của cầu trước lớn hơn cầu sau, khi đó

R > R0 nên ô tô có tính chất quay vòng thiếu Người lái phải đánh thêm vô lăng để duytrì quỹ đạo chuyển động với bán kính R0 Phản ứng của người lái trong trường lợp này

là thuận Khi ô tô chuyển động thẳng mà xuất hiện δ1 > δ2 thì ô tô quay vòng quanhtâm O Lực ly tâm Plt xuất hiện ngược chiều lực ngang Y Vì vậy, chúng triệt tiêu nhaulàm cho ô tô ổn định hướng chuyển động thẳng Như vậy, quay vòng thiếu là tốt Hầuhết xe ô tô đời mới có cầu trước chủ động Khi đó, các bánh xe ở cầu trước sẽ bị trượtdọc nhiều nên khả năng bám ngang giảm Nên có xu hướng quay vòng thiếu, có khảnăng ổn định chuyển động tốt hơn

Hình 2.7 Trường hợp quay vòng thiếu

2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa

Hình 2.8 Trường hợp quay vòng thừa

Trường hợp δ1 < δ2 => thì R < R0 nên xe có tính năng quay vòng thừa.Trườnghợp này xe bị mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm Plt xuấthiện trùng với chiều của lực ngang Y Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc xe càng cao

Để tránh khả năng lật đổ xe trong trường hợp này, người lái phải nhanh chóng đánh taylái theo hướng ngược lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng Phản ứngcủa người lái trong trường hợp này là nghịch Hơn nữa, khi ô tô chuyển động thẳng màxuất hiện góc lệch hướng δ1 thì quá trình trên càng thêm tiến triển Như vậy, quay vòngthừa là cần tránh trong thiết kế và vận hành ô tô

2.6 Ổn định khi quay vòng

Ta chỉ đề cập tới tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng Tính ổnđịnh dẫn hướng được hiểu là khả năng của chúng giữ được vị trí ban đầu ứng với khi xechuyển động thẳng và tự quay trở về vị trí này sau khi bị lệch

Nhờ tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng và tải trọngtác dụng lên hệ thống lái được giảm đáng kể

Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thànhphần phản lực thẳng đứng, lực bên và lực tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyểnđộng.

Ba nhân tố sau đây đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng:

+ Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay

+ Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay

+ Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang

Khi trục đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụnglên trục trước của xe sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định cho các bánh dẫn hướng.Thông thường xem mặt đường là tuyệt đối cứng, khi các bánh xe dẫn hướng bị lệchkhỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của xe sẽ được nâng lên Hình bên chothấy trục quay đứng đặt nghiêng ngang một góc θ Nếu xem như bánh xe không có gócdoãn ta có thể phân phản lực thẳng đứng Zb làm hai thành phần: Zbcosβ và Zbsinβ nhưhình

Hình 2.9 Góc nghiêng của trục quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe.

Moment ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng đứng của đất tác dụnglên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng là MZβ = Zblsinβsinα Trong đó l là khỏangcách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới đường tâm trụ đứng

Moment ổn định MZβ tăng lên cùng với sự tăng của góc quay vòng α của bánh xedẫn hướng, MZβ nhỏ và ảnh hưởng của nó tới tính ổn định không lớn Moment này có ý

Khi quay vòng bánh xe dẫn hướng, moment MZβ sẽ chống lại sự quay vòng, vì vậycần phải tăng thêm lực tác dụng lên vành tay lái Mặt khác, nhờ độ nghiêng ngang củatrụ đứng mà moment do phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe sẽ giãmxuống.

Ngoài ra, trụ đứng còn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển độngtiến của xe Dưới tác dụng của lực ly tâm khi xe vào đường vòng, lực gió ngang hoặclực nghiêng ngang của thùng xe khi xe chạy trên mặt đường nghiêng, ở khu vực tiếpxúc của các bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb Khi trụ quay đứngđược đặt nghiêng về phía sau một góc γ so với chiều tiến của xe thì phản lực ngang Ybcủa đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc O một moment ổn định MYγ = Yb.C Moment này có

xu hướng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệch khỏi vị trínày Khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục moment này, vì vậy gócnghiêng γ thường không lớn Moment MYγ không phụ thuộc vào góc quay vòng của các

bánh xe dẫn hướng

Hình 2.10 Góc quay của trụ quay đứng quay trong mặt phẳng dọc của xe

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ TRONG HỆ THỐNG LÁI Các thông số cơ bản của hệ thống lái

3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô

Hệ thông lái là một loại cơ cấu truyền chuyển động từ vành tay lái đến

đòn chuyển hướng tại bánh xe dẫn hướng Trong phạm vi hệ thống lái có thể phânbiệt các tỷ số truyền sau

Hình 3.1 Hộp số lái khiểu trục vít – con lăn có tỷ số truyền thay đổi

+ Tỷ số truyền của hộp số lái ( IL1 ) : Là tỷ số truyền của góc quay của vành tay lái chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng

+Tỷ số truyền của hộp số lái có thể có trị số cố định hoặc có thể tăng hoặc

giảm khi vành tay lái được quay khỏi vị trí trung gian

đối với xe du lịch sẽ có lợi hơn nếu sử dụng hộp số lái với tỷ số truyền thay đổi Điềunày làm tăng tính an toàn khi ôtô chạy nhanh , vì khi vành tay lái dược quay một góc nhỏthì các bánh xe dẫn hướng xoay ít hơn Ngoài ra với tỷ số truyền của hộp số lái caothì sự rung động của các bánh xe dn hướng ở tốc độ cao sẽ ảnh hưởng ít hơn đến ngườilái 1- Trục vít, 2- Con lăn, 3-Đòn chuyển hướng của dẫn động lái

và đòn thuộc dẫn động lái sẽ thay đổi Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào sơ

đồ động học của nó, nhưng thường thay đổi không nhiều lắm trong các kiểu dẫn động láihiện nay

+ Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái (IL3 )

Là tỷ số truyền của góc quay vành tay lái chia cho góc quay của bánh dẫn hướng

3.2 Điều kiện không trượt khi quay vòng

Quá trình quay vòng của xe được chia thành ba giai đoạn :

Hình 3.2 Các giai đoạn của quá trình quay vòng

+ Giai đoạn I -Xe bắt đầu di vào đường vòng (đoạn 1-2 trên H.2-17 ) đặc trưngbằng bán kính quay vòng giảm dần (R # const )

+ Giai đoạn II - Là giai đoạn xe quay vòng đều (đoạn 2-3 thên H.2-17 ) đặc trưngbằng bán kính quay vòng không đổi (R = const )

+ Giai đoạn III -Xe đi qua khỏi đường vòng (đoạn 3-4 trên H.2-17 ) đặc trưng bằng bán kính quay vòng tăng dần (R # const ) và ở cuối giai đoạn này thi xe trở lại trạng thái chuyển động thẳng (R = )

Trong trường hợp này ta chỉ khảo sát động học và động lực học quay vòng đều của xe với bán kính quay vòng R = const và vận tốc quay vòng

R =const

Kết quả nghiên cứu chuyển động của các vật rắn cho thấy rằng, để các

bánh xe ôtô không bị trượt khi quay vòng thì các đường thẳng đi qua trục các bánh

xe phải cắt nhau tại một điểm Điểm này được gọi là tâm quay vòng tức thời của xe ( điểm

O trên H.3.3 ,3.4 )

Hình 3.3 Mô phỏng quá trình quay vòng

Hình 3.4 Sơ đồ động học của xe

Đối với xe hai cầu , trong đó cầu trước là dẫn hướng để tấc cả các bánh

xe không trượt khi quay vòng thì tâm quay vòng O ủa xe phải nằm trên đường tâmcủa cầu sau Đối với xe ba cầu ,trong đó chỉ có một cầu trước là dẫn hướng thì các bánh

xe ở cầu giữa sẽ bị trượt khi quay vòng do các vecto vận tốc của các bánh xe àykhông nằm trong mặt phẳng lăn của chng Muốn cho tấc cả các bánh của xe ba cầukhông trượt khi quay vòng thì xe phải có ít nhất hai cầu dẫn hướng Trong trường hợptổng quát nếu xe có n cầu thì điều kiện cần để tấc cả các bánh xe không trượt khi quayvòng là số lượng cầu chủ động phải bằng n-1

Trong đó 1, 2 -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

3.3 Hình học lái

Hình học lái là thuật ngữ biểu đạt mối quan hệ hình học trong hệ

thống mặt đường- bánh xe - các bộ phận của hệ thống lái- các bộ phận của hệ thốngtreo

3.3.1 Góc camber (góc doãng bánh xe)

Góc camber là góc bánh xe nghiêng về bên phải hay nghiêng về đối với đường thẳng góc với mặt đường Nếu đầu trên bánh xe nghiêng ra ta

có góc camber dương,.Nếu đầu trong bánh xe nghiêng vào phía trong xe ta có góc camber âm Số đo được tính bằng độ và gọi là góc doãng của bánh xe trước

Hình 3.5 Góc doãng bánh xe

+ Tác dụng của góc camber dương

-Giảm tải theo phương thẳng đứng Nếu góc camber bằng không tải trọng tác dụnglên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F phẩy trên H.1-21).Nó dễlàm trục hay cam quay bị cong Việc đặt góc camber dương sẽ làm tải tác dụng vào phíatrong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay

- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lênbánh xe theo phương vuông góc với mặt đường F được phân tích thành F1 vuông gócvới đường tâm trục và F2 song song với đường tâm trục Lực F2 đẩy bánh xe vàotrong ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịutải trọng này

-Ngăn cản góc camber âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra : Khi chất đầy tải lên xe,phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết của

hệ thống treo và các bạc tương ứng Góc camber dương giúp chống lại hiện tượng này

- Giảm lực đánh tay lái :

Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng với khoảng lệch là bánkính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục quay đứng do sự cản lăn của lốp, vìvậy làm tăng lực đánh tay lái Do đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái

Hình 3.6 Tác dụng của góc camber dương

Tác dụng của góc camber âm

Hình 2.7 Tác dụng của góc camber âm

Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc camber, lốp có xu hướng lún xuống.Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng lúc đó tính đàn hồi củalốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo hướng A Kếtquả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber Lực camber tăng cùng với sự tănggóc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải

Khi quay vòng lực camber ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quay vòng

do tăng góc camber dương Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tác động củacác lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc camber Ở một số xe đã tạo một chút góccamber âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc camber dương khi quayvòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu

Góc camber cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc camber bằng không là

để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc camber dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên lốp

3.3.2 Góc nghiêng dọc của chốt chuyển hướng hay trục xoay( caster)

+ Khái niệm : Góc nghiêng dọc ( Caster) là sự nghiêng về phía

trước hoặc phía sau của trục xoay so với đường thẳmh góc với mặt dường Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm Nói cách khác nếu khớp nối hình cầu phía trên nằm phía sau đường thẳng gócvới mặt đường, ta có độ nghiêng dọc dương, nếu khớp nối này nằm trước đường thẳng góc mặt đường ta có độ nghiêng dọc âm Nếu khớp nối hình cầutrên và dưới cùng nằm trên đường thẳng đứng thì ta góc nghiêng dọc của trục xoay là số không

Hình 3.8 Góc nghiêng dọc dương

+ Ảnh hưởng của góc nghiêng dọc

- Ổn định chạy thẳng : góc nghiêng dọc dương có khả năng giữ cho hai bánh xe dẫn hướng tiến thẳng ổn định Nó giúp chống trả lại các khuynh hướng làm cho xe

bị dạt qua phía này hay phiá kia ,lệch ra khỏi vị trí hướng thẳng trong khi di chuyển

- Làm tăng khả năng quay trở lại của hai bnh xe dẫn hướng : Góc nghiêngdọc dương làm tăng khả năng quay trở lại vị trí hướng thẳng của hai bánh xe dẫn hướngkhi xe qua khúc quanh

- Góc nghiêng dọc dương đến bánh xe và thân xe : Với góc nghiêng dọc dương cho cả hai bánh xe trước, thân sẽ dạt ra ngoài khúc quanh .Đối với

đoạn đường cong, vì nó cộng hưởng thêm lực ly tâm rất dễ lật xe

- Góc nghiêng dọc âm đến bánh xe và thân xe : Nếu cả hai bánh trước đều có góc nghiêng dọc âm thì thân xe sẽ dạt vào phía trong vòng quay Đối với trường hợp nghiêng dọc âm, khi lái xe về bên phải ,mé trái của xe được nâng lên trong lúc mé bên phải của xe sụm xuống Có nghĩa là thân xe dạt vào phía trong của vòng quay, động tác này chống trả lại với lực ly tâm muốn đẩy

xe ra ngoài của vòng quay Kiểu thiết kế này tạo được an toàn cho xe khi vòng qua một khúc quanh với vận tốc lớn, nhất là với ôtô dua cao tốc

Hình 3.9 Góc nghiêng dọc A- Góc nghiêng dọc caster dương B- Góc nghiêng dọc caster âm

3.3.3 Góc nghiêng ngang của trục chuyển hướng

+ Khái niệm : Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng ,còn gọi là góc ngiêngngang vào của chốt trục xoay ,là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đườngkhi ta nhìn vào đầu xe

+ Tác dụng của góc nghiêng ngang

- Giảm lực đánh tay lái Khi bánh xe quay sang phải và sang trái quanh trục xoayđứng với khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanhtrục xoay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực tay lái

- Giảm sự nẩy ngược và kéo lệch sang một phía Nếu khoảng lệch quá lớn, phảnlực tác dụng lên các bánh xe khi xe đang chuyển động hay phanh sẽ sinh ra một momenquanh trục xoay đứng, làm cho bánh xe bị kéo sang phía có phản lực lớn hơn Cũng nhưnhững va đập từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sẽ làm cho vô lăng bị giật thình lìnhhay đẩy ngược Momen này tỷ lệ thuận với độ lớn của khoảng lệch Khoảng lệch gầnbằng không, momen nhỏ hơn sẽ sinh ra quanh trục xoay đứng khi tác dụng lên bánh xe

và vô lăng sẽ chịu ảnh hưởng ít hơn bởi lực phanh tay va đập từ mặt đuờng

- Cải thiện tính ổn định chạy thẳng: Khi quay bánh xe sang trái hoặc phải bánh xe có

xu hướng dìm xuống dưới (bởi vì nó quay xung quanh trục quay đứng đặt nghiêng ).Saukhi qua khúc quanh ta buông vành tay lái,chính trọng lượng đầu xe sẽ kéo hai bánh trướctrở lại vị trí hướng thẳng Nghĩa là hai bánh dẫn hướng có đặc tính tự động trở về vị tríhướng thẳng lúc ta buông vành tay lái sau khi qua khúc quay

Hình 3.10 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng

khi nhìn từ trên xuống thì gọi là độ chụm đầu

xoay( quyết định độ chụm bẹt bánh xe dẫn hướng)

3.3.6 Bán kính khi quay xe

Là độ khác nhau của hai góc tạo nên do hai bánh xe trước với khung trong quátrình xe qua đoạn cong Bánh xe bên trong đánh một vòng cung nhỏ hơn bánh xe bênngoài,bánh xe bên trong phải có độ bẹt lớn hơn để đảm bảo rằng các bánh xe không bị rêngang và bị mòn nhanh

3.4 Các yêu cầu của hệ thống lái

+ Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng ,nhanh chóng và an toàn Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập trong hệ thống lái

+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay

về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng thì cần đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng

+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn Với xe có tốc dộ lớn hơn 100Km/h

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

+ Với hệ thống lái không có trợ lực ,số vòng quay toàn bộ của vành tay lái khôngđựợc quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong về cả haiphía kể từ vị trí trung gian là 35 độ Ở vị trí biên phải có vấu tỳ hạn chế quay của bánh

xe

+ Khi di trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10

Km/h, lực đặt lên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N

Ngoài các yêu cầu trên còn có các yêu cầu cụ thể cho từng hệ thống lái

như sau:

+ Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều

3.5 Trợ lực lái

Để tăng khả năng lái xe, hầu hết các xe ôtô hiện đại đều có lốp rộng áp suất thấp

để tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt đường và lốp xe Do vậy đòi hỏi lực đánh vôlănglái lớn hơn

Nếu tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì có thể giảm được lực đánh lái Tuy nhiên,điều này khiển phải quay vòng vôlăng nhiều hơn và không thể quay góc ngoặt gấpđược Do đó, để để việc lái được nhạy mà lực lái nhỏ thì cần phải có một số thiết bị trợlái Nói cách khác lái có trợ lực trước đây chủ yếu sử dụng trên các xe lớn thì ngày naycũng được dùng cho các xe du lịch nhỏ

Số ô tô có trang bị thiết bị trợ lực trong hệ thống lái mỗi ngày mỗi phát triển thêmnhiều do các nguyên nhân sau:

+ Lốp có thành mỏng, lốp áp suất thấp và lốp điều chỉnh được áp suất ngày càng

sử dụng nhiều trên ô tô

+ Ô tô có nhiều nhu cầu dẫn hướng (hai, ba, bốn cầu) sử dụng ngày càng nhiều.+ Số ô tô tải cỡ lớn ngày càng phát triển

+ Ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành do đó ô tô phải vận hànhtrong các điều kiện đường xấu hoặc không có đường

3.5.1 Yêu cầu hệ thống trợ lực lái

+ Khi bộ trợ lực hỏng hệ thống lái vẫn phải làm việc được

+ Chỉ gài bộ cường hóa khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé hệthống lái làm việc như bình thường tức là lúc ấy lực đặt trên vành tay lái đối với ô tô dulịch là 40 – 70N , với ô tô tải là 150 – 400N

+ Bộ trợ lực lái phải giữ cho người lái “cảm giác được sức cản từ mặt đường” khiquay vòng.

+ Thời gian tổn hao để trợ lực là tối thiểu và phải đảm bảo tỉ lệ giữa lực tác dụng

và góc quay giũa trục vô lăng và bánh dẫn hướng

+ Khắc phục được hiện tượng tự trợ lực khi ô tô vượt qua chỗ lồi lõm, đường xóc

và có khả năng trợ lực lúc lốp các bánh xe dẫn hướng bị hỏng, để lúc ấy người lái vừaphanh ngặt vừa có thể vẫn giữ được hướng chuyển động ban đầu của ô tô

Trên ô tô du lịch và ô tô buýt ngày nay cũng đặt bộ trợ lực Trường hợp này khôngnhững chỉ để lái nhẹ mà chủ yếu là để đảm bảo an toàn chuyển động nhất là ở tốc độcao Khi có bộ cường hóa người lái dễ dàng giữ được phương chuyển động thẳng kể cảtrường hợp áp suất trong lốp giảm hay lốp bị đánh thủng

Hệ thống lái có trợ lực làm lốp mòn nhanh hơn một ít, các chi tiết của truyền động lái chịu tải lớn hơn, kết cấu của toàn ô tô phức tạp và nặng nề hơn, khối lượng bảodưỡng cũng tăng

3.5.2 Các hệ thống trợ lực lái trên ô tô

Có hai loại thiết bị trợ lực lái: loại thủy lực và loại môtơ điện Hiện nay hầu hếtcác xe đều sử dụng trợ lực lái thủy lực

lái một cách định kỳ Hình III.10A,B,C giới thiệu sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ trợ

lực lái thủy lực ứng với trường hợp ôtô chạy thẳng, ôtô quay trái và ôtô quay phải

Hình 3.12 A Trường hợp xe chạy thẳng

Hình 3.12 B Trường hợp xe rẽ phải

Hình 3.12 C Trường hợp xe rẽ trái

Bơm trợ lực lái

áp suất cao Thiết bị này sử dụng công suất của

động cơ để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất

thủy lực Trong bơm sử dụng các cánh gạt nên

loại trợ lái này có tên như trên

Hình 3.12 D bơm trợ lực

lực tạo áp suất thủy lực EHPS là một hệ thống lái có trợ lực sử dụng môtơ để tạo ápsuất thủy lực và giảm lực cần thiết để điều khiển vôlăng Do hệ thống này giảm phụ tảitrong động cơ, nên nó nâng cao tiết kiệm nhiên liệu ECU kiểm soát tốc độ quay môtơ

(lượng xả của bơm) theo các thông số như tốc độ xe và góc quay của vôlăng Hình 3.13A

Hệ thống trợ lực lái mô tơ điện

Hệ thống EMPS trợ giúp cho việc vận hành vôlăng trực tiếp bằng nguồn dẫn động

của môtơ điện DC, không phải bằng áp suất thủy lực Hình 3.13B

Hình 3.13A_ Hệ thống trợ lực lái EHPS.

Hình 3.13B_ Hệ thống trợ lực lái EMPS.