Khai thác, phân tích hệ thống lái trên xe toyota fortuner. Thiết kế mô hình hệ thống phanh – lái – treo

Với sự phát triển lớn mạnh về kinh tế của đất nước, ngành công nghiệp ô tô ở nước ta củng ngày càng được chú trọng và phát triển. Điều này được thể hiện ở các liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước. Một vấn đề lớn đặt ra đó là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu của các loại xe hiện đại, của từng hệ thống trên xe để từ đó khai thác và sử dụng xe một cách có hiệu quả cao, đáp ứng yêu cầu giữ tốt, dùng bền, an toàn, tiết kiệm.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM

PHANH – LÁI – TREO

Giảng viên thực hiện: Th.S Nguyễn Văn Thắng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Tâm

Mã số sinh viên: 1851080200 Lớp : CO18B

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển lớn mạnh về kinh tế của đất nước, ngành công nghiệp ô tô ở nước

ta củng ngày càng được chú trọng và phát triển Điều này được thể hiện ở các liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nước Một vấn đề lớn đặt ra đó là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu của các loại xe hiện đại, của từng hệ thống trên xe để từ đó khai thác và sử dụng xe một cách có hiệu quả cao, đáp ứng yêu cầu giữ tốt, dùng bền, an toàn, tiết kiệm

Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô đã chế tạo ra nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo vấn

đề an toàn và tính cơ động của ôtô

Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài ”Khai thác hệ thống lái trên

xe TOYOTA FORTUNER” Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và hệ thống lái của ôtô TOYOTA FORTUNER nói riêng; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn Tập

đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơ bản về hệ thống lái trên ôtô Trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh khỏi những

hư hỏng hao mòn các chi tiết Vì vậy đề tài này còn đề cập đến bảo dưỡng, sửa chữa Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn Thắng, cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này Vì thời gian và kiến thức

có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định Vì vậy em mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Thắng Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp

TP HCM, ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực hiện

Tâm Nguyễn Minh Tâm

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 1

1.1 Mục đích, ý nghĩa đề tài 1

1.2 Lý thuyết chung về hệ thống lái 2

1.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 2

1.2.2 Liên kết giữa hệ thống lái với hệ thống treo và hệ thống phanh 4

1.2.3 Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái 6

1.2.4 Trợ lực lái 13

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU, PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ TOYOTA FORTUNER 2009 20

2.1 Giới thiệu ô tô Toyota Fortuner 20

2.2 Các thông số kỹ thuật chính của Toyota Fortuner 21

2.3 Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái trên ô tô Toyota Fortuner 23

2.4 Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết của hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner 25

2.5 Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner 26

2.5.1 Vành tay lái 26

2.5.2 Trục lái và trục các đăng trên hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner 27

2.5.3 Cơ cấu lái 28

2.5.4 Dẫn động lái 30

2.5.5 Trợ lực lái 31

CHƯƠNG 3: BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ TOYOTA FORTUNER 38

3.1 Chẩn đoán, kiểm tra những hư hỏng của hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner và biện pháp khắc phục 38

3.1.2 Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều 39

3.1.3 Áp suất dầu trợ lực lái thủy lực hệ thống lái không ổn định 40

3.2 Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner 43

3.2.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 43

3.2.2 Bảo dưỡng, sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái Toyota Fortuner 44

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH-TREO-LÁI 62

4.1 Mục đích của mô hình hệ thống phanh treo lái 62

4.2 Tiến hành xây dựng mô hình 62

4.2.1 Chuẩn bị vật tư 62

4.2.2 Các bước thiết lập khung giá mô hình 62

4.3 Lắp đặt căn chỉnh lại hệ thống 65

4.4 Mối liên hệ giữa hệ thống phanh - lái - treo: 66

4.5 Nguyên lý hoạt động của mô hình 67

4.6 Ý nghĩa mô hình 68

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống lái trên ô tô

Chương 2: Giới thiệu, phân tích kết cấu hệ thống lái trên ô tô Toyota Fortuner Chương 3:Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái trên ô tô Toyota Fortuner

Chương 4: Xây dựng mô hình hệ thống phanh – lái – treo

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 4

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 5

Hình 1.3 Một số bộ phận của hệ thống lái 6

Hình 1.4 Sơ đồ hình thang lái 8

Hình 1.5 Góc doãng 9

Hình 1.6 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng 9

Hình 1.7 Góc nghiêng dọc 10

Hình 1.8 Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng 11

Hình 1.9 Độ chụm của bánh xe 12

Hình 1.10 Bán kính quay vòng 13

Hình 1.11 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một cụm 17 Hình 1.12 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung 17

Hình 1.13 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng 18

Hình 1.14 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí chung 18 Hình 2.1 Hình dáng ngoài xe Toyota Fortuner 20

Hình 2.2 Hình dáng và kích thước xe 21

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 24

Hình 2.4 Vành tay lái 26

Hình 2.5 Túi khí an toàn 27

Hình 2.6 Trục lái 28

Hình 2.7 Cơ cấu lái bánh răng trụ- thanh răng 28

Hình 2.8 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên ( ru-tuyn ngoài) 30

Hình 2.9 Bơm kiểu phiến gạt 31

Hình 2.10 Xi lanh lực trên xe Toyota Fortuner 33

Hình 2.11 Van phân phối kiểu quay 34

Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí trung gian 35

Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí quay vòng sang phải 36

Hình 2.14 Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí quay vòng sang trái 37

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

1.1 Mục đích, ý nghĩa đề tài

Để đảm bảo được tính an toàn khi điều khiển ô tô trên đường, người điều khiển

phải thông thạo các thao tác điều khiển và được trang bị kinh nghiệm xử lí Mặt khác,

để đáp ứng được các thao tác đó cho người điều khiển, đòi hỏi rằng ôtô phải đảm bảo

được các tính năng an toàn cao Mà hệ thống lái chính là một bộ phận quan trọng để

đảm bảo tính năng an toàn đó Việc chuyển hướng hay quay vòng của ôtô khi gặp các

chướng ngại vật trên đường yêu cầu hệ thống lái phải được làm việc một cách chuẩn

xác

Tính ổn định của hệ thống lái phụ thuộc lớn vào phần công tác bảo dưỡng sửa

chữa Muốn đảm bảo được vấn đề này thì người kỉ sư kỹ thuật cần phải nắm rỏ kết cấu

và nguyên lí làm việc của các bộ phận của hệ thống lái

Đề tài: Khai thác và phân tích hệ thống lái ôtô Toyota Fortuner mong muốn đáp

ứng một phần nào mục đích đó Nội dung của đề tài đề cập đến các vấn đề sau:

- Khảo sát hệ thống lái

- Phân tích kết cấu hệ thống lái

- Bảo dưỡng sửa chữa

Các nội dung trên được trình bày theo các phần, nhằm mục đích khai thác nghiên

cứu kết cấu và nguyên lí hoạt động cũng như công dụng, yêu cầu, phân loại của các chi

tiết cũng như từng bộ phận Sự ảnh hưởng của các chi tiết hay từng bộ phận đến quá

trình hoạt động cũng như các thông số kỹ thuật, nhằm đảm bảo cho ôtô vận hành một

cách an toàn trên đường Ngoài ra đề tài còn đề cập đến việc bảo dưỡng sửa chữa một

số vấn đề hư hỏng hay gặp của hệ thống lái

Đề tài này còn có thể giúp các cơ sở hình thành các tài liệu tham khảo, giúp cho

bạn đọc hiểu biết thêm về hệ thống lái của ôtô Đặc biệt là ô tô Toyota Fortuner

1.2 Lý thuyết chung về hệ thống lái

1.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.2.1.1 Công dụng

Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu cho phép ôtô máy kéo thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết và chuyển động theo một hướng xác định nào đó theo yêu cầu cơ động của xe

+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều

kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động

- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N; + Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N

+ Đảm bảo được tỷ lệ giữa mô men quay các bánh xe dẫn hướng và lực tác dụng lên vô lăng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng

1.2.1.3 Phân loại

-Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra:

+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) được dùng cho những nước

xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,

+ Vô lăng bố trí bên phải: được dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như: Anh, Thuỵ Điển

Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo được tầm quan sát của người lái, đặt biệt

là khi vượt xe

-Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra: Trục vít - Cung răng; Trục vít - Con lăn; Trục vít

- Chốt quay; Thanh răng liên hợp; Bánh răng - Thanh răng; (Trục vít - Liên hợp êcu bi- Thanh răng - Cung răng)

- Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra: 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 trợ lái, chia ra: Trợ lực thuỷ lực; Trợ lực khí (khi nén hoặc chân không); Trợ lực điện; Trợ lực cơ khí;

Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí trợ lực lái

1.2.2 Liên kết giữa hệ thống lái với hệ thống treo và hệ thống phanh

1.2.2.1 Hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

Treo trước là hệ thống treo độc lập kiểu nến (macpherson), kích thước đòn treo trên của hệ thống treo này giảm về bằng 0 Đầu trong đòn treo dưới được liên kết bản lề với dầm ôtô, đầu ngoài được liên kết với trục khớp nối dẫn hướng mà điểm liên kết nằm trên đường tâm của trụ xoay đứng Đầu trên ống giảm chấn thuỷ lực liên kết với gối tựa trên vỏ ôtô Phần tử đàn hồi là lò xo được đặt một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn còn một đầu tì vào gối tựa trên vỏ ôtô Vì đòn treo dưới của xe Toyota Fortuner chỉ có một thanh nén nên được bố trí thêm một thanh giằng ổn định Mặc khác đây là bánh xe dẫn hướng nên trụ đứng là vỏ giảm chấn có thể quay quanh trục của nó khi xe quay vòng

Hình 1.1 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

1.2.2.2 Hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

Hệ thống treo sau là hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi là lò xo trụ, vì lò xo trụ chỉ có khả năng chịu lực theo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí các phần tử hướng

Hình 1.2 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

1.2.2.3 Mối liên hệ giữa hệ thống phanh – lái – treo

Hệ thống treo là cơ cấu nối giữa thân xe và các bánh xe, toàn bộ lực tác dụng lên bánh xe khi xe chạy đều truyền lên khung vỏ xe qua bộ treo Các chi tiết bộ treo có tác dụng làm dịu tải trọng động, làm giảm dao động vỏ xe, đảm bảo độ ổn định, xe chuyển động êm dịu Ngoài ra hệ thống treo còn có tác dụng cùng với hệ thống lái đảm bảo khả năng quay vòng xe, điều chỉnh tay lái và điều chỉnh góc đặt bánh xe trước

Bên cạnh việc hệ thống lái và treo hoạt động ổn định cũng giúp quá trình thực hiện phanh diễn ra êm dịu và chính xác, đáp ứng được yêu cầu an toàn của hệ thống phanh, không bị trượt hoặc lệch trong quá trình phanh

Ngoài ra, hệ thống treo còn giúp đảm bảo độ bám và ma sát của bánh xe với mặt đường Nhờ đó, xe có thể linh hoạt trong mọi tình huống như phanh, vào cua, tăng tốc hay chuyển hướng Đây là bộ phận giúp xe có thể vận hành êm ái, ổn định, đảm bảo an toàn và thoải mái nhất cho người ngồi trong xe Vì vậy để 1 chiếc xe hoạt động ổn định cần phải đảm bảo cả 3 hệ thống phanh - lái - treo có sự liên kết chặt chẽ với nhau

1.2.3 Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái

Phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người lái mà bán kính vô lăng sẽ

có kích cỡ khác nhau, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xe khách cở lớn)

1.2.3.2 Trục lái

Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô lăng đến cơ cấu lái Góc nghiêng của vô lăng được quyết định bởi độ nghiêng của trục lái, góc nghiêng vô lăng ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển

1.2.3.3 Cơ cấu lái

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

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau Đòn ngang có thể cắt rời hay liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc Nhưng dù trường hợp nào thì kết cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thống treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫn động, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việc chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động nhờ

sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở

Hình 1.4 Sơ đồ hình thang lái

Cách xác định: Được xác định bằng góc nghiêng so với phương thẳng đứng Khi phần trên của bánh xe nghiêng ra ngoài gọi là camber dương, ngược lại khi bánh xe nghiêng vào trong gọi là camber âm, nhìn từ trước đầu xe

Hình 1.5 Góc doãng

1.2.3.6.2 Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng ( góc Caster)

Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường 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

Hình 1.6 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng

Hình 1.7 Góc nghiêng dọc

a- Góc nghiêng dọc dương; b- Góc nghiêng dọc âm

Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: Làm tăng hiệu quả trở về vị trí

chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng

Góc caster ảnh hưởng đến sựu ổn định khi xe chạy trên đường thẳng, còn khoảng caster thì ảnh hưởng đến tính năng hồi vị bánh xe sau khi xe chạy trên đường vòng Vì khi trục xoay đứng quay khi xe chạy vào đường vòng, nếu các bánh xe có góc caster thì lốp sẽ bị nghiêng đi so với mặt đường và tạo ra momen kích, có xu hướng nâng thân xe lên Mômen kích này đóng vai trò như một lực hồi vị bánh xe, có xu hướng đưa thân xe

trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định trên đường thẳng của xe

1.2.3.6.3 Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng (góc Kingpin)

Góc lệch được tạo giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng được gọi là góc Kingpin hay góc nghiêng của trục lái Trục xoay đứng là trục mà trên đó bánh xe có thể xoay về phía phải hoặc trái

Trục này được xác định bằng cách vạch một đường thẳng tưởng tượng đi tâm của

ổ bi đỡ trên của bộ giảm chấn và khớp cầu của đòn treo dưới Hướng nhìn từ phía trước

xe đường thẳng này nghiêng về phía trong

Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:

- Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mômen cản quay vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

- Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng

- Khi ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòng càng nhỏ), lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhận được mức độ quay vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn

Hình 1.8 Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng

1.2.3.6.4 Độ chụm bánh xe (góc Toe)

Hình 1.9 Độ chụm của bánh xe

Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khi nhìn từ trên xuống thì gọi là độ chụm bánh xe (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở) Độ chụm được xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu nút sau (B) và trước (A) của vành bánh xe nằm ở chiều cao tâm bánh xe

1.2.3.6.5 Bán kính quay vòng

Hình 1.10 Bán kính quay vòng

Bán kính quay vòng là góc quay của bánh xe phía trước bên phải và bên trái khi chạy trên đường vòng Với góc quay của các bánh xe bên phải và bên trái khác nhau, phù hợp với tâm quay của bốn bánh xe thì độ ổn định của xe chạy trên đường vòng tăng lên

1.2.4 Trợ lực lái

1.2.4.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.2.4.1.1 Công dụng

Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hiện đại thường

có trang bị cường hoá lái để:

+ Giảm nhẹ lao động cho người lái

+ Tăng an toàn cho chuyển động

Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảm bảo cho người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bị lao sang một bên

Sử dụng trợ lực lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng cường hoá

để quay vòng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lượng công việc bảo dưỡng

1.2.4.1.2 Yêu cầu

Trợ lực lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:

+ Khi trợ lực lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường dù lái nặng hơn + Thời gian chậm tác dụng nhỏ

+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng

+ Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũng tăng theo, tuy vậy không được vượt quá 100  150 N

+ Không xảy ra hiện tượng tự trợ lực khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rung xóc

Phải có tác dụng như thế nào để khi một bánh xe dẫn hướng bị hỏng, bị nổ thì người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết của xe

Trợ lực thuỷ lực được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việc khá tin cậy

Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng:

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành một cụm; + Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung;

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng;

+ Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung

Pl - lực tác dụng lên vành tay lái khi không có trợ lực;

Pc- lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có trợ lực trong những điều kiện quay vòng như trên;

Ph- Lực do bộ trợ lực đảm nhận qui về vành tay lái

- Chỉ số phản lực của trợ lực lên vành tay lái:

 = 𝑑𝑃𝑐

𝑑𝑀 𝑐𝑞 (1.12)

Ở đây: dPc - số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;

dMc - moomen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng

Trong bộ trợ lực hiện nay  = 0,02- 0,05 [N/Nm]

- Độ nhạy: độ nhạy của trợ lực lái đặc trưng bằng lực tác dụng lên vô lăng

1.2.4.3 Các sơ đồ bố trí

Bất kỳ trợ lực lái nào cũng có ba bộ phận sau:

- Nguồn lăng lượng: bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy

- Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộ phận chấp hành Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩn hướng

- Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn động lái Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau:

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụm như trên hình 1.11

+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung như trên hình 1.12

+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng như trên hình 1.13

+Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trên hình 1.14

Hình 1.11 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một cụm

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực

Hình 1.12 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực

Hình 1.13 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xi lanh lực

Hình 1.14 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí chung

1 - cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - cơ cấu lái

Ưu nhược điểm của từng sơ đồ:

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU, PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô

TÔ TOYOTA FORTUNER 2009 2.1 Giới thiệu ô tô Toyota Fortuner

Hình 2.1 Hình dáng ngoài xe Toyota Fortuner

Ra đời năm 2009, Toyota Fortuner đã ngay lập tức tạo nên một cơn sốt tại phân khúc việt dã SUV, tạo nên chuẩn mực mới cho những mẫu xe địa hình tại thị trường ô

tô Việt nam Mẫu xe mới toanh này của Toyota cùng với Toyota Altis và Toyota Innova làm thành 3 mẫu xe bán chạy nhất tại Việt nam nhiều năm liên tiếp Mẫu xe này là sự kết hợp giữa phong cách thể thao mạnh mẽ với sự sang trọng tinh tế một cách hoàn hảo, Fortuner 2009 luôn dẫn đầu trong phân khúc SUV cao cấp Tại thị trường Việt Nam chúng rất được người tiêu dùng ưa chuộng và ưu tiên lựa chọn khi có nhu cầu mua xe

2.2 Các thông số kỹ thuật chính của Toyota Fortuner

Dưới đây là các thông số kỹ thuật chính của ô tô Toyota Fortuner

Hình 2.2 Hình dáng và kích thước xe

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của ô tô Toyota Fortuner

4 Chiều dài cơ sở mm 2750

8

Trọng lượng toàn

Trọng lượng toàn tải kg

9 Hệ thống phanh Trước Đĩa thông gió

13 Dung tích công tác cc 2694 Dung tích công tác

14 Công suất tối đa Kw(hp)/v/

p 118(158)/5200 Công suất tối đa

15

Mô men xoắn tối

đa Nm/v/p 241/3800 Mô men xoắn tối đa

17 Hệ thống treo

Treo trước Độc lập tay đòn kép Treo sau Phụ thuộc 4 kết nối

2.3 Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái trên ô tô Toyota Fortuner

Hệ thống lái của ôtô Toyota Fortuner là hệ thống lái có trợ lực Cấu tạo của hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực thuỷ lực và dẫn động lái Trên ôtô Toyota Fortuner người ta bố trí cơ cấu lái và bộ trợ lực lái riêng thành hai cụm

Phương án bố trí này có ưu điểm:

- Kết kấu cơ cấu lái nhỏ gọn;

- Dễ bố trí bộ trợ lực lái;

- Tăng tính thống nhất sản phẩm;

- Giảm tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống lái

Nhược điểm: Kết cấu kém cứng vững, chiều dài các đường ống lớn dẫn đến tăng khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng

Bộ trợ lực thuỷ lực có nhiệm vụ làm giảm bớt lực điều khiển của người lái, làm giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng Bộ trợ lực còn làm tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ Vì lúc đó người lái đủ sức giữ tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt

Bơm trợ lực lái là loại bơm cánh gạt, được đặt trên thân động cơ và được truyền động từ trục khuỷu động cơ thông qua dây đai

Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa-gần đến vị trí thích hợp làm tăng sự thoải mái cho người lái

Cơ cấu lái là loại bánh răng-thanh răng Loại này có kết cấu nhỏ gọn, tỷ số truyền nhỏ, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản và hiệu suất cao

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner

1.Vành lái(vô lăng); 2 Trục lái; 3 Thanh răng lái; 4 Xi lanh trợ lực; 5 Cảm biến tốc độ; 6.Bơm trợ lực; 7 Bình

chứa dầu; 8 Van điều khiển; 9 Thanh nối;10 Làm mát dầu trợ lực; 11 Rô tuyn

2.4 Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết của hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner

Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật của các chi tiết hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner

Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết trong hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner

Đường kính vòng đỉnh bánh răng de 21 mm

6 Đường kính vòng chân bánh

7 Đường kính vòng chia bánh răng dc 17 mm

12 Số răng trên thanh răng Z2 34

13 Góc nghiêng răng của thanh răng β2 5 độ

16 Đường kính vỏ ngoài xylanh trợ lực Dxl 60 mm

2.5 Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner

Hình 2.5 Túi khí an toàn

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

2.5.2 Trục lái và trục các đăng trên hệ thống lái ô tô Toyota Fortuner

Trục lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái

từ vô lăng đến cơ cấu lái Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái Trục lái trên xe Toyota Fortuner có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vành tay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái Ngoài ra trụ lái còn

là nơi lắp đặt nhiều bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện,

Trục lái là bộ phận đặt bên trong vỏ trụ lái có chức năng truyền chuyển động quay của vành tay lái đến cơ cấu lái Đầu trên của trục lái thường có ren và then hoa để liên kết và cố định vành tay lái trên trục lái, đầu dưới trục lái liên kết với đầu vào của cơ cấu lái

Trục các đăng là bộ phận nối chuyển tiếp giữa trục lái và cơ cấu lái Trên trục các đăng có khớp nối chữ thập Khớp chữ thập cho phép có độ lệch giữa trục lái và trục vít của cơ cấu lái khi hai trục này không đồng trục với nhau

Hình 2.6 Trục lái

2.5.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái sử dụng trên xe Toyota Fortuner là loại bánh răng trụ - thanh răng

Hình 2.7 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

Cơ cấu lái bánh răng trụ - thanh răng sử dụng chủ yếu trên các xe công suất bé Vỏ của cơ cấu lái được làm bằng gang, trong vỏ có các bộ phận làm việc của cơ cấu lái, gồm trục răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, 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 được chế tạo bằng thép, trục răng quay trơn nhờ 2 ổ bi 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 quay nhẹ nhàng thanh 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 3 sẽ làm dịch chuyển thanh răng 7 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 5 giúp giữ thanh răng không bị quay trong vỏ cơ cấu lái Bạc lệch tâm 1 để điều chỉnh ăn khớp giữa trục vít và thanh răng, còn vít điều chỉnh 4 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

2.5.4 Dẫn động lái

Dẫn động lái trên ôtô Toyota Fortuner bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của các bánh xe Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất của dẫn động lái là hình thang lái, được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang, và các cạnh bên Nó

có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lê khi quay vòng Do đó làm giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định khi quay vòng

Hình 2.8 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên ( ru-tuyn ngoài)

1- Vòng kẹp; 2- Bạc lót; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5- Lò xo

2.5.5 Trợ lực lái

2.5.5.1 Bơm thủy lực

Bơm thủy lực sử dụng trong hệ thống trợ lực lái trên xe Toyota Fortuner là bơm kiểu phiến gạt Bơm thủy lực được đặt phía trên động cơ và được dẫn động từ động cơ bằng bộ truyền đai

Hình 2.9 Bơm kiểu phiến gạt

1.Trục rô to; 2 Rô to; 3 Cánh bơm; 4 Vòng cam; 5 Sau cánh bơm; 6 Van điều khiển lưu lượng; 7

Lỗ tiết lưu; 8.Cửa hút; 9 Cửa xả