TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Trong thời đại kinh tế liên tục phát triển, nhu cầu trao đổi hàng hóa, di chuyển tăng cao thì nhu cầu vận chuyển cũng theo đó tăng mạnh Một trong những phương tiện được sử dụng rộng rãi cho việc vận chuyển hàng hóa, di chuyển của chúng ta là ô tô Do đó các nhà sản xuất luôn chú trọng vào việc phát triển các hệ thống trên xe, không chỉ đáp ứng nhu cầu vận chuyển mà còn đáp ứng về độ tin cậy, an toàn và tiện nghi cho người sử dụng Hệ thống lái trên ô tô là một trong những hệ thống quan trọng đảm bảo tính an toàn chuyển động cho xe Việc nghiên cứu hệ thống lái sẽ giúp nâng cao hiệu quả lái xe an toàn, tiện nghi và hạn chế những rủi ro gặp phải trên đường Đặc biệt là hệ thống lái trợ lực điện giúp người lái giảm được lực đánh lái từ đó đảm bảo sự an toàn và tránh mệt mỏi cho người lái khi di chuyển trên đường
Việc nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khai thác, sửa chữa và cải tiến chúng Ngoài ra nó còn góp phần xây dựng các nguồn tài liệu tham khảo phục vụ nghiên cứu trong quá trình học tập và công tác Để góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy thực hành, việc trang bị các mô hình, trợ huấn cụ giúp cho người học nắm bắt dễ dàng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện
Vì những lý do trên nhóm em chọn đề tài “THI CÔNG MÔ HÌNH CẮT HỆ THỐNG LÁI AUDI”
Mục tiêu đề tài
Với yêu cầu nội dung của đề tài, mục tiêu cần đạt được khi hoàn thành đề tài như sau:
- Hiểu biết tổng quan về hệ thống lái, hệ thống lái trợ lực điện
- Hiểu biết về cấu tạo, phương thức hoạt động và cách vận hành của hệ thống lái trợ lực điện
- Khảo sát thi công mô hình cắt hệ thống lái trợ lực điện
- Sử dụng mô hình cắt cho việc giảng dạy.
Nội dung nghiên cứu
- Cơ sở lý thuyết về hệ thống lái, hệ thống lái trợ lực điện: tổng quan về hệ thống, cấu tạo, phương thức hoạt động, các thông số kỹ thuật về hệ thống lái trợ lực điện
- Cơ sở lý thuyết về hệ thống lái trợ lực điện trên xe Audi
- Thi công mô hình cắt hệ thống lái trợ lực điện Audi
- Kiểm tra và vận hành mô hình.
Phạm vi nghiên cứu
Thiết kế và thi công mô hình cắt thể hiện được rõ ràng cấu tạo và nguyên lý hoạt động và các chức năng của các chi tiết trong hệ thống.
Bố cục
Nội dung nghiên cứu được trình bày qua 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về đề tài Ở chương này, đưa ra lý do chọn đề tài, mục tiêu và giới hạn đề tài, nội dung nghiên cứu và bố cục
Chương 2: Cơ sở lý thuyết Ở chương này, trình bày các nội dung liên quan đến hệ thống lái và hệ thống lái trợ lực điện
Chương 3: Thi công mô hình Ở chương này, trình bày quá trình thiết kế và thi công các bộ phận và hoàn thiện mô hình
Chương 4: Vận hành mô hình Ở chương này, trình bày kết quả nhận được sau khi vận hành
Chương 5: Tổng kết Ở chương này, đưa ra kết luận về đề tài và những kiến nghị nhằm phát triển đề tài sau này.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài hoàn thành chủ yếu dựa trên phương pháp nghiên cứu như: tham khảo tài liệu do giảng viên cung cấp và các giáo trình trong quá trình đã học để biết được cơ sở lý thuyết và các số liệu chính xác để thiết kế cơ bản Đồng thời kết hợp với tra cứu tài liệu qua các website về ô tô Tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn để tìm kiếm phương án tối ưu nhất để thực hiện đề tài Tham khảo các mô hình liên quan trong xưởng thực hành.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ thống lái
2.1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống lái
Hệ thống lái của ô tô có nhiệm vụ chính là thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng cách xoay các bánh dẫn hướng Việc điều chỉnh quỹ đạo chuyển động của ô tô nhằm mục đích thay đổi hướng chuyển động hay giữ phương chuyển động theo hướng nhất định Để điều chỉnh được hướng chuyển động của xe thì vành lái phải nhận được một lực xoay của người lái và truyền lực này đến hệ thống lái Trục lái được gắn với vành lái sẽ truyền mô-men tới cơ cấu lái, lúc này cơ cấu lái sẽ tăng mô-men quay của vành lái và truyền lực này đến các thanh dẫn động lái Các thanh này sẽ truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đường hẹp và gấp khúc, thì hệ thống phải quay được bánh xe dẫn hướng nhanh chóng, đơn giản và êm dịu
- Lực tác dụng lên vô lăng phải nhẹ, vô lăng phải mang cảm giác dễ chịu cho người lái
- Khi thay đổi hướng chuyển động, các bánh xe phải xoay một cách nhẹ nhàng, thoải mái
- Có khả năng tự trả lái
- Hạn chế các va đập truyền từ bánh xe lên vô lăng
- Đảm bảo động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng Phân loại hệ thống lái:
- Theo cách bố trí vô lăng:
+ Bố trí vành lái bên phải
+ Bố trí vành lái bên trái
- Theo kết cấu của cơ cấu lái:
+ Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít – thanh răng
- Theo số bánh xe dẫn hướng:
+ Bánh xe dẫn hướng cầu trước
+ Bánh xe dẫn hướng của tất cả các cầu
- Theo loại trợ lực lái:
+ Hệ thống lái trợ lực lái thủy lực
+ Hệ thống lái trợ lực lái điện
+ Hệ thống lái trợ lực lái thủy lực - điện tử
2.1.2 Cấu tạo chung của hệ thống lái trên ô tô
Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái
Vô lăng (vành tay lái) là bộ phận đặt trên buồng lái, có thiết kế gần giống nhau ở tất cả các loại xe Nó có dạng hình vành khăn được làm bằng thép, bên ngoài được phủ bằng các vật liệu nhẹ, mềm như da hoặc nhựa và kết nối với trục lái bằng then hoa, ren và đai ốc, có nhiệm vụ tiếp nhận mô-men quay từ người lái khi tiến hành đánh lái và truyền cho trục lái Ngoài nhiệm vụ chính là tạo mô-men lái, vô lăng còn được trang bị thêm các thành phần khác của xe như: Nút điều khiển còi, túi khí an toàn, công tắc tổng hợp, …
Trục lái có chức năng truyền mô-men quay từ vành lái đến cơ cấu lái Trục lái bao gồm trục lái chính để truyền chuyển động quay và ống trục lái để giữ trục lái vào khung xe Đầu trên của trục lái chính được làm nhỏ, có các răng cưa để gắn với vô lăng thông qua đai ốc Đầu còn lại của trục lái chính liên kết với cơ cấu lái bằng khớp các đăng để hạn chế việc truyền chấn động từ mặt đường lên vô lăng
Ngoài nhiệm vụ truyền mô-men quay từ vành lái đến cơ cấu lái, trục lái còn được gắn thêm nhiều thành phần khác của ô tô như: Cơ cấu khóa trục lái, cần điều khiển hệ thống đèn gạt mưa, cơ cấu nghiêng trục lái, cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu trượt tay lái… Các cơ cấu này mang lại cho người lái sự thoải mái khi di chuyển
Hình 2.3 Kết cấu của trục lái 1- Vành lái; 2- Cụm công tắc đèn - gạt mưa; 3-Cụm khóa điện; 4- Vỏ trục lái 5- Khớp các đăng; 6- Trục các đăng; 7-Khớp cao su
Một số cơ cấu khác của trục lái:
Cơ cấu hấp thụ va đập: Cơ cấu này sẽ triệt tiêu lực va đập tác dụng lên người lái khi có va chạm Nó bao gồm các loại sau: Loại bi cao su, loại giá đỡ uốn, loại ăn khớp, loại ống xếp.
Hình 2.4 Cơ cấu hấp thụ va đập
Cơ cấu nghiêng trục lái: Dùng để thay đổi vị trí vành lái lên xuống nhằm đạt được tư thế lái phù hợp
Hình 2.5 Cơ cấu nghiêng trục lái
Cơ cấu trượt vô lăng: Dùng để thay đổi vị trí của vành lái vào và ra để đạt được tư thế ngồi thích hợp cho người điều khiển
Hình 2.6 Cơ cấu trượt vô lăng
Cơ cấu khoá tay lái: Khi người điều khiển rút chìa khóa ra khỏi ổ, cơ cấu này sẽ hoạt động và khóa trục lái chính vào ống nhằm mục đích chống trộm Một số trạng thái khi làm việc của cơ cấu khóa:
Hình 2.7 Cơ cấu khóa trục lái và các trạng thái làm việc
Hình 2.8 Cơ cấu khóa trục lái và các trạng thái làm việc
Hình 2.9 Cơ cấu khóa trục lái và các trạng thái làm việc
Cơ cấu lái là cơ cấu truyền, thay đổi mô-men lái và hướng quay của vành lái đến các bánh xe thông qua các thanh dẫn động lái và các bánh răng, trục vít đai ốc được kết nối với nhau
Cơ cấu lái còn được xem như bộ giảm tốc thông qua các bánh răng làm tăng mô-men đầu ra giúp giảm lực đánh lái Tỉ số truyền bằng 18 - 20 đối với xe con Tỉ số tăng sẽ giảm được lực đánh lái nhưng sẽ làm vô lăng quay nhiều hơn
Một số kiểu cơ cấu lái phổ biến:
- Kiểu trục vít - thanh răng: Trục vít ở bên dưới trục lái chính được kết nối với thanh răng Khi đánh lái, trục vít quay làm di chuyển thanh răng sang trái hoặc sang phải Sự dịch chuyển này của thanh răng được truyền tới cam lái qua các đầu thanh răng và thanh lái
Hình 2.10 Kiểu trục vít – thanh răng Ưu điểm:
+ Kết cấu nhỏ gọn, đơn giản, nhẹ
+ Có độ nhạy cao do được kết nối trực tiếp
+ Tay lái rất nhẹ do lực cản trượt và cản lăn nhỏ và sự truyền mô-men tốt
+ Giảm bớt yêu cầu phải bảo dưỡng thường xuyên do cơ cấu kín
+ Cơ cấu có chiều dài lớn
+ Dễ bị cong hoặc hư hỏng trong quá trình hoạt động
- Kiểu bi tuần hoàn: Cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Một đai ốc bi sẽ trong đai ốc Các viên bi chuyển động trong những rãnh này, các rãnh được chế tạo như hình dưới để cho các bi tuần hoàn liên tục Trục rẻ quạt được gắn vào cơ cấu lái ăn khớp với răng của đai ốc bi, và khi trục vít quay, đai ốc bi chuyển động dọc theo trục vít Quá trình này làm quay trục rẻ quạt dẫn đến quay đòn lắc
Hình 2.11 Kiểu bi tuần hoàn Ưu điểm:
+ Tạo ra tải trọng ban đầu lên trục rẻ quạt và đai ốc bi trong một dải khoảng 5 o về phía bên phải và bên trái so với vị trí xe chuyển động thẳng giúp ổn định lái
+ Trong sử dụng, độ rơ do ăn khớp giữa ren trục vít và răng con lăn sẽ tăng dần vì mài mòn, nên độ rơ cơ cấu lái ngày càng lớn Khi độ rơ quá lớn hiệu quả điều khiển hai chiều của cơ cấu lái sẽ kém, dẫn tới giảm độ nhạy của hệ thống lái
Dùng để truyền chuyển động của cơ cấu lái đến để quay các bánh xe dẫn hướng, điều khiển chuyển động của bánh xe thông qua sự liên kết giữa các thanh truyền và các tay đòn với các khớp nối Các chi tiết gồm:
- Đòn quay: Có tác dụng truyền chuyển động của cơ cấu lái đến thanh ngang hoặc thanh kéo Đầu to được chế tạo dạng then hoa để gắn vào trục rẽ quạt của cơ cấu lái và cố định bằng đai ốc Đầu nhỏ gắn với thanh ngang hay thanh kéo thông qua khớp cầu
- Thanh ngang: Được gắn với đòn quay, thanh lái và đòn đỡ Dùng để truyền chuyển động của đòn quay tới các thanh lái
- Thanh lái: Đầu thanh lái được gắn vào đầu thanh răng trong cơ cấu lái để thay đổi khoảng cách giữa các khớp cầu
- Khớp cầu: Dùng để nối giữa các đòn quay và đòn kéo
Hình 2.15 Đầu thanh lái (Khớp cầu)
Hệ thống lái trợ lực điện
Với nhu cầu một hệ thống lái có độ nhạy cao, an toàn khi di chuyển ở các khoảng tốc độ khác nhau đồng thời giảm tiêu tốn năng lượng Hệ thống lái trợ lực điện đã ra đời và đáp ứng các yêu cầu trên Hệ thống được trang bị các thiết bị hiện đại bao gồm động cơ điện, các cảm biến và bộ điều khiển trung tâm cho phép tính toán chính xác, nhanh chóng
2.2.1 Cách bố trí hệ thống
Hệ thống lái trợ lực điện có nhiều cách lắp đặt khác nhau tùy theo công suất và lực đánh lái cần thiết của từng loại xe Việc này giúp tạo sự ổn định lái, sự êm ái, dễ chịu và an toàn đối với tài xế và hành khách trên xe
Hình 2.25 Bố trí kiểu C-EPS
- Đặc điểm: Mô-tơ trợ lực, bộ điều khiển và cảm biến mô-men xoắn được gắn vào trục lái
+ Được đặt trong khoang hành khách giúp giảm tác động nhiệt từ động cơ
+ Hệ thống nhỏ gọn đơn giản, chi phí thấp và dễ dàng gắn trên xe
+ Hệ thống trợ lực có thể sử dụng cho các trục lái cố định, trục lái kiểu nghiêng và các loại trục lái khác
+ Trục cung cấp hiệu suất độ bền lâu dài khi tải xoắn cao hơn nhiều
+ Đặt gần người lái: tiếng ồn gây ra rõ ràng
+ Không thể truyền mô-men xoắn lớn
Hình 2.26 Bố trí kiểu P-EPS
- Đặc điểm: Động cơ điện trợ lực được gắn vào trục bánh răng dẫn động do đó đạt được công suất lái cao hơn loại C-EPS
+ Bộ phận hỗ trợ điện nằm bên ngoài khoang hành khách của xe do đó cho phép tăng mô-men xoắn trợ lực mà không gây ra tiếng ồn bên trong
+ Kết hợp với một thiết bị lái có tỷ lệ thay đổi, hệ thống này có thể đủ với một động cơ nhỏ gọn và cung cấp các đặc tính xử lý vượt trội
+ Chịu ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ, vị trí lắp đặt và độ rung
+ Hạn chế về lực và mô-men khi đánh lái
+ Cần đảm bảo không bị va đập vào khoảng trống của chân khi va chạm
Hình 2.27 Bố trí kiểu DP-EPS
- Đặc điểm: Kiểu DP-EPS có động cơ điện đặt trên cơ cấu trục vít–thanh răng của thước lái Với kiểu lắp ghép này thiết bị trợ lực độc lập với trục lái
+ Có hiệu suất lớn hơn từ 10 đến 15% so với C-EPS và P-EPS
+ Bằng cách tách động cơ ra khỏi trục lái, cảm giác lái có thể được cải thiện
Không gian lắp đặt hạn chế, cơ cấu phức tạp ảnh hưởng đến việc sửa chữa
2.2.2.1 Động cơ điện Động cơ điện là động cơ một chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu, bao gồm rô-to, sta- to, trục chính và cơ cấu giảm tốc Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít, mô- men do rô-to tạo ra được truyền đến cơ cấu giảm tốc sau đó truyền đến trục lái chính Trục vít được gắn trên các giá đỡ để giảm tiếng ồn và tăng thời gian làm việc Trong trường hợp động cơ bị hỏng, các khớp nối sẽ giúp trục lái chính và cơ cấu giảm tốc không bị khóa cứng đảm bảo hệ thống lái có thể hoạt động
Hình 2.28 Cấu tạo của động cơ điện Động cơ điện có công dụng tạo ra mô-men trợ lực dưới sự điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:
- Động cơ điện tạo ra được mô-men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vành lái
- Động cơ điện phải có cơ cấu đảo chiều quay trong trường hợp xảy ra sự cố
- Rung động và tiếng ồn nhỏ, lực quán tính nhỏ
2.2.2.2 Cảm biến mô-men xoắn
Gồm trục đầu vào và trục đầu ra, giữa cả hai trục được liên kết với nhau bằng 1 thanh xoắn Trên trục đầu vào lắp rô-to phát số 1 có các rãnh để cài với các răng của rô- to phát số 2 Còn rô-to phát số 3 cũng có các răng và rãnh được lắp trên trục đầu ra Phía ngoài các rô-to phát gồm các cuộn dây là cuộn phát hiện và cuộn hiệu chỉnh
Hình 2.29 Cấu tạo cảm biến mô-men xoắn loại lõi thép xoay Hoạt động của cảm biến: Khi vành lái được tác dụng lực sang bên trái hoặc bên phải, mô-men lái tác động lên trục đầu vào thông qua trục lái chính, thanh xoắn bị xoay và tạo ra sự thay đổi vị trí tương quan giữa rô-to phát số 1 và 2 (trên trục đầu vào) và rô-to phát số 3 (trên trục đầu ra) Các vòng phát hiện chứa cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài để tạo thành một mạch kích thích Khi tạo ra mô-men lái, thanh xoắn bị xoắn tạo ra độ lệch pha giữa vòng giữa rô-to phát số 2 và 3 Dựa trên độ lệch pha này thì một tín hiệu điện áp tỷ lệ với mô-men xoắn được chuyển vào ECU Dựa trên tín hiệu này ECU tính toán mô-men trợ lực dựa trên tốc độ xe và dẫn động mô-tơ điện với một cường độ, chiều và thời điểm cần thiết
Hình 2.30 Tín hiệu của cảm biến mô-men xoắn
Cảm biến mô-men xoắn loại từ tính:
Bao gồm: Thanh xoắn, nam châm chĩnh cửu được gắn bên ngoài thanh xoắn, cảm biến HALL và vòng định vị
Hoạt động của cảm biến: Khi có lực tác dụng lên vành lái, thanh xoắn sẽ quay làm cho nam châm vĩnh cửu sinh ra từ trường đi qua cảm biến Lúc này cảm biến HALL và vòng định vị sẽ xác định góc đánh lái, tín hiệu mô-men và gửi về ECU để xử lý
Hình 2.31 Cảm biến mô-men xoắn loại từ tính
Cảm biến mô-men xoắn loại quang:
Cảm biến quang bao gồm đèn led phát sáng và bộ phận thu nhận tín hiệu quang Ngoài ra thanh xoắn của cảm biến được gắn các đĩa cảm biến đã xẻ rãnh
Hoạt động của cảm biến: Khi đèn LED phát sáng đồng thời thanh xoắn quay làm thay đổi vị trí của đĩa cảm biến, bộ phận thu phát tín hiệu quang sẽ nhận tín hiệu cường độ sáng và xác nhận vị trí của thanh xoắn Sau đó, tín hiệu được gửi đến ECU xử lý
Hình 2.32 Cảm biến mô-men xoắn loại quang
Cảm biến mô-men xoắn không sử dụng thanh xoắn:
Bao gồm điện cực kim loại và thạch anh, bộ thu phát RF, IC xử lý tín hiệu tần số Hoạt động của cảm biến: Dựa trên bộ cộng hưởng SAW, bao gồm các điện cực kim loại mỏng phủ một lớp thạch anh trên bề mặt trục lái Ở hai đầu đặt bộ thu phát tín hiệu Khi có lực mô-men xoắn tác động vào trục lái làm thay đổi bề mặt của trục và đế thạch anh của thiết bị làm thay đổi tần số cộng hưởng do các phần tử thạch anh Bộ thu phát tín hiệu sẽ đo sự sai lệch giữa tần số phát và thu Khi đó IC sẽ tiến hành phân tích tín hiệu và tính toán, đưa ra mô-men xoắn cần thiết
Hình 2.33 Cảm biến mô-men xoắn không sử dụng thanh xoắn
2.2.2.3 Bộ điều khiển trung tâm
Có chức năng nhận tín hiệu từ các cảm biến trên hệ thống, từ đó xử lý thông tin nhận được, đánh giá tình trạng xe để xuất ra tín hiệu điều khiển động cơ điện
Yêu cầu đối với ECU gồm có:
- Điều khiển dòng cung cấp cho động cơ điện
- Điều khiển bù quán tính
- Điều khiển bảo vệ quá nhiệt
2.2.2.4 Cảm biến tốc độ xe
Cảm biến tốc độ xe có chức năng nhận biết tốc độ thực tế của xe khi đang chạy Nó tạo ra tín hiệu và đưa lên đồng hồ Táp - lô để người điều khiển có thể nhận biết tốc độ của xe
Hệ thống lái trợ lực điện trên Audi
Vô lăng trên Audi A4 sử dụng loại ba chấu trang bị các thiết bị thông dụng và các thiết bị tùy chọn
Chúng có nhiều tính năng khác biệt, một loạt các vô lăng ba chấu có sẵn được phân loại theo dòng thiết bị: như dòng cơ sở, dòng thể thao, lựa chọn theo thiết kế và dòng S Nói chung các loại vô lăng được phân biệt trực quan bởi thiết kế của mô-đun túi khí và vành tay lái Hai phiên bản thiết kế của mô-đun túi khí được sử dụng: mô-đun hình tròn và mô-đun hình thang
Tay lái với một mô-đun tròn được sử dụng chủ yếu trong: dòng S và dòng thể thao Chúng có 2 loại: có và không có vành phẳng Các tính năng phân biệt khác là các tùy chọn như các chi tiết trang trí mạ crôm, trang trí bằng da, hệ thống sưởi Ngoài ra, các phiên bản chuyển đổi khác nhau có sẵn
Hình 2.42 Các loại vô lăng tùy chọn trên Audi A4
Hình 2.43 Trục lái trên Audi A4
Hình 2.44 Cấu tạo trục lái Audi
2 - Trục trung gian; 6 - Trục lái; 7 - Thiết bị chống trộm cơ khí (phần dưới); 9 - Thiết bị chống trộm cơ khí (phần trên); 10 - Công tắc điều chỉnh trục lái; 12 - Mô-tơ lái chủ động; 13 - Khóa an toàn cơ cấu lái chủ động
Ngoài các cơ cấu thường có trên ô tô như: cơ cấu nghiêng trục lái, cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu trượt tay lái, Audi A4 còn cung cấp cơ cấu lái chủ động cho phép tài xế đánh lái ít nhưng bánh quay nhiều ở tốc độ thấp Khi lên tốc độ cao, bánh xe quay ít dù tài xế đánh lái nhiều để đảm bảo an toàn
Hình 2.45 Cơ cấu lái và bộ trợ lực lái điện trên Audi
Hình 2.46 Cấu tạo cơ cấu lái Audi
Hình 2.47 Trục vít – thanh răng của cơ cấu lái Audi
Cơ cấu lái Audi bao gồm 1 bộ trục răng – thanh răng
Thanh răng của cơ cấu lái một đầu là trục vitme của bộ vít me đai ốc bi Bộ vitme đai ốc này có chức năng nhận truyền động từ bộ trợ lái thông qua đai (một đầu đai gắn với bu- li của rô-to đầu còn lại gắn với bu-li của đai ốc) Cơ cấu vitme đai ốc giúp biến đổi chuyển động quay tròn của đai ốc thành chuyển động tịnh tiến của thanh răng
Hình 2.48 Các chi tiết của cơ cấu lái và bộ trợ lực lái
Bộ trợ lực lái bao gồm: mô-tơ trợ lực lái, cảm biến mô-men xoắn, cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển trung tâm (ECU)
Mô-tơ trợ lực lái:
Mô-tơ trợ lực lái là động cơ điện đồng bộ 3 pha được lắp trên vỏ thước lái và lắp song song với thanh răng Nó truyền lực trợ lái đến hộp giảm tốc bi tuần hoàn qua đai răng Đầu của rô-to được gắn với một bánh răng để ăn khớp với đai răng
Hình 2.49 Mô-tơ trợ lực lái trên Audi
Cảm biến mô-men xoắn:
Cảm biến mô-men xoắn dùng trên Audi A4 thuộc loại từ tính bao gồm các bộ phận: Thanh xoắn, nam châm chĩnh cửu được gắn bên ngoài thanh xoắn, cảm biến HALL và vòng định vị
Hình 2.50 Cảm biến mô-men xoắn trên xe Audi
Hình 2.51 Cấu tạo của cảm biến mô-men Cấu tạo của cảm biến mô-men: bao gồm thanh xoắn, nam chân vĩnh cửu dạng vòng cung, IC Hall, vỏ cảm biến
Một trong những cơ sở để tính toán thời điểm trong từng trường hợp trợ lực lái là mô lái Mô men lái được xác định bởi cảm biến mô men G269 Trục lái và trục vít được kết nối với nhau bởi thanh xoắn Khi người lái đánh lái thì thanh xoắn bị xoắn dó đó trục lái sẽ xoay tương đối với trục vít Mức độ xoay phục thuộc vào mô men lái của người lái tác động
Hình 2.52 Thanh xoắn kết nối trục lái với trục vít
Trong cảm biến mô-men loại từ tính: Một nam châm hình vòng cung với 6 cực xen kẽ Bắc-Nam được gắn chặt vào trục lái Đối diện với nói là 1 IC hall để nhận biết sự thay đổi từ trường
Hình 2.53 Vị trí và cách bố trí các chi tiết của cảm biến mô men xoắn
2 Nam chân vĩnh cửu hình vòng cung
Khi người lái đánh lái vô lăng quay, thanh xoắn bị xoắn khiến trục lái và trục vít sẽ xoay tương đối với nhau mức độ xoay phụ thuộc vào lực lái, điều này khiến cho nam châm vĩnh cửu và IC Hall xoay tương đối với nhau IC Hall nhận biết sự thay đổi từ trường do do sự dịch chuyển của các cực nam châm tạo ra Sự biến đổi từ trường tạo ra sự biến đổi điện áp đầu ra của cảm biến, bộ điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến có thể xác định được mức độ xoay giữa trục lái và trục vít lái, từ đó tính toán ra mô-men lái Dựa vào mô-men lái cùng các dữ liệu đầu vào khác bộ điều khiển sẽ tiến hành tính toán trợ lực hợp lý với từng trường hợp
Hình 2.54 Vị trí ban đầu khi người lái chưa đánh lái
Hình 2.55 Nam châm vĩnh cửu xoay tương đối với IC Hall khi đánh lái
Cơ cấu truyền động bi tuần hoàn:
Cấu tao: Trục ren, đai ốc vít bi, bánh răng, vòng bi, chuỗi bi Trong đó, đai ốc vít bi gắn chặt với vòng bi và bên ngoài vòng bi gắn chặt với bánh răng
Hình 2.56 Cấu tạo của cơ cấu truyền động bi tuần hoàn
Chức năng: chuyển chuyển động quay của động cơ sang chuyển động tịnh tiến truyền đến thanh răng
Nguyên lý hoạt động: Đai ốc vít bi được quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ tùy thuộc vào hướng lái mong muốn Thanh răng đóng vai trò trục chính trong cơ cấu này, chuyển động quay của đai ốc vít bi đẩy giá đỡ theo phương hướng mong muốn
Các viên bi chạy với chuyển động của đai ốc vít bi trong các rãnh của thanh răng Trong khi đai ốc vít bi quay, các viên bi được đưa trở lại vị trí ban đầu thông qua kênh hồi về
Hình 2.57 Chuyển động của cơ cấu khi đánh lái sang phải Đai ốc vít bi quay cùng chiều kim đồng hồ Thanh răng di chuyển sang trái
Hình 2.58 Chuyển động của cơ cấu khi đánh lái sang phải Đai ốc vít bi quay ngược chiều kim đồng hồ Thanh răng di chuyển sang phải
Bộ điều khiển trung tâm( EPS ECU):
Hình 2.59 Bộ điều khiển trợ lực lái J500
THI CÔNG MÔ HÌNH
Giới thiệu, thi công cơ khí mô hình thước lái Audi
3.1.1 Giới thiệu về mô hình
Các thành phần của mô hình Số lượng
Bảng 3.1 Bảng thành phần của mô hình Ý tưởng thi công phần cơ khí: Đối tượng thi công là cơ cấu lái trên xe Audi
Hình 3.1 Thước lái trên xe Audi Ý tưởng của việc thi công là dùng phương pháp cắt tại những vị trí trên vỏ của thước lái nhằm thấy được vị trí, cấu tạo và hoạt động thực tế của các chi tiết bên trong thước lái
Từ mục đích của việc thi công có thể xác định các vị trí cắt như sau:
- Dọc phần vỏ trục răng
- Dọc phần vỏ trục thanh răng
- Phần vỏ bên ngoài cảm biến mô-men xoắn
- Phần vỏ của mô-tơ trợ lực lái
- Phần vỏ của cảm biến mô-men
Phần khung được thiết kế đảm bảo đủ độ cứng, bền để chịu được trọng lượng lớn các chi tiết đặt lên và chịu được tải trọng động do các chi tiết quay gây nên, đảm bảo đủ vị trí và diện tích cho các chi tiết được gá và đảm bảo được tính thẩm mỹ cho mô hình.
Một số dụng cụ cần thiết cho việc thi công mô hình:
- Máy cắt khí nén cầm tay
Hình 3.2 Máy cắt khí nén cầm tay
- Máy mài khí nén cầm tay
Hình 3.3 Máy mài khí nén cầm tay
3.1.2 Thi công cơ khí mô hình cơ cấu lái Audi
3.1.2.1 Thiết kế và thi công khung đỡ Đo một số kích thước của thước lái Audi
Tên kích thước Kết quả đo
Khoảng cách tâm 2 lỗ theo chiều dọc 108mm
Khoảng cách tâm 2 lỗ gần nhất theo chiều ngang
Khoảng cách tâm 2 lỗ gần nhất theo chiều ngang
Bảng 3.2 Một số kích thước cần thiết của cơ cấu lái Audi
Dựa vào kích thức của thước lái tiến hành thiết kế khung đỡ Vẽ hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh của khung đỡ
Hình 3.5 Hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh của khung
Hình 3.6 Khung đỡ được dựng từ 3 hình chiếu Tiến hành mô phỏng khung đỡ trên SolidWorks
Các hình chiếu của khung đỡ khi mô phỏng trên SolidWorks
Hình 3.7 Hình chiếu đứng của khung đỡ trên SolidWorks
Hình 3.8 Hình chiếu cạnh của khung đỡ trên SolidWorks
Hình 3.9 Hình chiếu bằng của khung đỡ trên SolidWorks
Hình 3.10 Hình ảnh mô phỏng của khung đỡ trên SolidWorks Nguyên liệu thi công giá đỡ thước lái:
Bảng 3.3 Nguyên liệu, số lượng và kích thước làm khung đỡ
Nguyên liệu Số lượng và kích thước Ống thép 40x20 1 thanh 610mm, 2 thanh 350mm, 2 thanh 180mm Ống thép 50x20 2 thanh 320mm
Hình 3.11 Ống thép với các loại kích cỡ Các bước thi công khung đỡ:
Bước 1: Dựa vào bản vẽ kỹ thuật tiến hành đo và đánh dấu trên ống thép
Bước 2: Dựa vào dấu trên ống tiến hành cắt ông thép thành các các thanh thành phần
Bước 3: Mài bỏ phần thừa sau khi cắt và vệ sinh tại những điểm cần hàn trên ống Bước 4: Tiến hành hàn các thanh với nhau, kiểm tra độ vuông góc và độ phẳng giữa các chi tiết
Bước 5: Kiểm tra độ chắc chắn của mối hàn và khung đỡ
Bước 6: Mài bỏ những phần thừa của mối hàn
Bước 7: Vệ sinh khung đỡ và tiến hành sơn chống gỉ cho khung
Hình 3.12 Khung đỡ sau khi hàn
Hình 3.13 Hoàn thành khung đỡ
3.1.2.2 Thi công cơ cấu lái Audi
Mục đích: nhằm thấy được vị trí, cấu tạo và hoạt động thực tế của các chi tiết bên trong thước lái
Trước khi tiến hành cắt, tháo rời các chi tiết của thước lái để xác định chính xác vị trí cắt nhằm thể hiện rõ cấu tạo của thước lái và tránh gây hư hỏng các chi tiết bên trong trong quá trình cắt
Hình 3.14 Tháo rời các chi tiết chính của thước lái
Hình 3.15 Tháo rời các chi tiết của mô-tơ trợ lực lái Tiến hành cắt tại các vị trí dựa trên ý tưởng thiết kế và thi công:
- Dọc phần vỏ trục răng
- Dọc phần vỏ thanh răng
Hình 3.17 Phần vỏ dọc thanh răng sau khi cắt
- Phần vỏ bên ngoài cảm biến mô-men xoắn
Hình 3.18 Phần vỏ bên ngoài cảm biến mô men xoắn sau khi cắt
- Phần vỏ nơi ăn khớp giữa cơ cấu lái và trợ lực lái
Hình 3.19 Phần vỏ nơi ăn khớp giữa cơ cấu lái và trợ lực lái sau khi cắt
- Phần vỏ của mô-tơ trợ lực lái
Hình 3.20 Phần vỏ mô-tơ trợ lực lái sau khi cắt
- Phần vỏ của cảm biến mô-men: loại bỏ phần vỏ để có thể quan sát rõ hơn cấu tạo, nhận biết kiểu cảm biến cũng như cách vận hành của cảm biến mô-men
Hình 3.21 Cảm biến mô-men sau khi cắt bỏ phần vỏ
Phần được sơn màu vàng là mặt cắt của vỏ cảm biến mô-men sau khi cắt
Cơ cấu lái sau khi cắt thì còn tồn lại nhiều sản phầm thừa của quá trình cắt Do đó cần tiến hànmài, dũa bề mặt cắt và các phần thừa khi cắt
Sau khi mặt cắt được mài dũa và vệ sinh thì tiến hành sơn bề mặt cắt để làm rõ bề mặt cắt của mô hình
Lắp các chi tiết sau khi sơn và hoàn thành công đoạn thi công cắt cơ cấu lái
Hình 3.22 Cơ cấu lái sau thi công
3.1.2.3 Sơn mô hình và hoàn thiện phần cơ khí
Tiến hành lắp cơ cấu lái sau khi sơn vào khung đỡ.
VẬN HÀNH MÔ HÌNH
Sử dụng mô hình trong giảng dạy
4.1.1 Sử dụng để giảng dạy về cấu tạo về cơ cấu lái
Mô hình cắt hệ thống lái trợ lực điện Audi được sử dụng làm phương tiện giảng dạy cho bộ môn ô tô, cụ thể qua mô hình có thể giúp sinh viên hiểu rõ hơn về:
- Cấu tạo các thành phần của cơ cấu lái trợ lực điện Audi: một phần vỏ của cơ cấu lái, mô-tơ trợ lực lái, cảm biến mô-men được cắt bỏ giúp sinh viên có cái nhìn trực quan hơn về cấu tạo bên trong của cơ cấu lái nói chung và cấu tạo của các thành phần nói riêng
Hình 4.1 Các thành phần của cơ cấu lái trên mô hình cắt
1 - Cảm biến mô-men xoắn 4 - Bộ điều khiển ECU EPS
2 - Trục răng 5 - Cơ cấu bi tuần hoàn
3 - Thanh răng 6 – Mô-tơ trợ lực lái
- Vị trí của các chi tiết trên cơ cấu lái trợ lực điện Audi: Sinh viên không cần tháo lắp cũng có thể thấy được vị trí và sự liên kết giữa các thành phần, từ đó xác định phân loại của cơ cấu lái cũng như trợ lực lái
Hình 4.2 Vị trí giữa các thành phần trong cơ cấu lái Audi
Từ vị trí của các thành phần có thể thấy hệ thống lái sử dụng trợ lực lái kiểu DP- EPS từ đó sinh viên có thể thấy được đặc điểm của kiểu bố trí này( mô-tơ đặt song song với thanh răng, hệ thống trợ lực độc lập với trục lái) Ngoài ra, sinh viên có thể phân tích ưu nhược điểm của kiểu bố trí này thông qua quan sát, đánh giá mô hình Ví dụ như, cách bố trí này có mô-tơ tách khỏi trục lái nên cảm giác lái được cải thiện nhưng có nhược điển không gian lắp đạt hạn chế, cơ cấu phức tạp khó bảo dưỡng và sửa chữa
4.1.2 Sử dụng để giảng dạy về nguyên lý hoạt động
Nguyên lý trợ lực khi đánh lái: So với quan sát hình ảnh trên tài liệu thì việc quan sát trên mô hình giúp việc tiếp thu nguyên lý hoạt động nhanh hơn việc kết hợp sử dụng tài liệu với mô hình tạo ra sự liên kết giúp cho việc ghi nhớ kiến thức được lâu hơn
Từ việc quan sát mô hình cắt có thể thấy được phương pháp truyền động, chiều quay của mô-tơ trợ lực, sự tác động lẫn nhau giữa các thành phần khi đáng lái sang trái hay sang phải
Nguyên lý hoạt động của cảm biến mô-men: Cảm biến mô - men là một thành phần quan trọng không thể thiếu trong cơ cấu trợ lực lái trên xe, cảm biến mô-men có cấu tạo khá đơn giản cho nên nguyên lý hoạt động của cảm biến này cũng không quá phức tạp, thực hành xoay trục lái để có thể quan sát được nguyên lý hoạt động tạo ra tín hiệu của cảm biến mô-men.
Các bài tập vận dụng từ mô hình
4.3.1 Bài thực hành 1: Khảo sát cơ cấu lái trợ lực điện
Yêu cầu: Xác định cấu tạo, kiểu bố trí, chức năng của từng thành phần của cơ cấu lái trợ lực điện
Mục tiêu: Nhận biết tên các chi tiết, xác định được vị trí, chức năng của từng thành phần trong cơ cấu lái trợ lực điện
Phương tiện, dụng cụ, thiết bị:
- Giáo trình hệ thống lái và các tài liệu liên quan
- Mô hình cơ cấu lái trợ lực điện
- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu liên quan
- Điền ghi chú vào phiếu đánh giá
Khảo sát và ghi nhận kết quả:
- So sánh kết quả ghi nhận được với nhau
- Nhận xét, đánh giá và đề xuất
KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN Tên: MSSV:
STT Nội dung thực hiện Ghi chú kết quả
1 Trình bày tên chi tiết của cơ cấu lái trợ lực điện có trên mô hình
2 Xác định được vị trí của các chi tiết ở trên mô hình
3 Trình bày chức năng của các chi tiết của cơ cấu lái trợ lực điện trên mô hình
4 Xác định kiểu bố trí của trợ lực lái, ưu nhược điểm của kiểu bố trí này
Đánh giá của giảng viên:
4.3.2 Bài thực hành số 2: Khảo sát nguyên lý hoạt động của mô hình
Yêu cầu: Khảo sát nguyên lý hoạt động của cơ cấu lái trợ lực điện, những hư hỏng có thể xảy ra trong quá trình hoạt động, nguyên nhân gây hư hỏng và giải pháp
Mục tiêu: Hiểu rõ nguyên lý hoạt động cơ cấu lái trợ lực điện, nguyên lý hoạt động của cảm biến mô-men Nhận biết được những hư hỏng và nguyên nhân từ đó thuận tiện cho việc chẩn đoán sửa chữa
Phương tiện, dụng cụ, thiết bị:
- Giáo trình hệ thống lái và các tài liệu liên quan
- Mô hình cơ cấu lái trợ lực điện
- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu liên quan
- Điền ghi chú vào phiếu đánh giá
Khảo sát và ghi nhận kết quả:
- So sánh kết quả ghi nhận được với nhau
- Nhận xét, đánh giá và đề xuất
KHẢO SÁT NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH Tên: MSSV:
STT Nội dung thực hiện Ghi chú kết quả
1 Trình bày nguyên lý hoạt động của cơ cấu lái trợ lực điện trên mô hình
2 Trình bày nguyên lý hoạt động của cảm biến mô-men
3 Trình bày các hư hỏng có thể xảy ra ở cơ cấu lái trên mô hình
4 Điều gì xảy ra với hệ thống lái khi trợ lực lái bị hỏng?
Đánh giá của giảng viên:
4.3.2 Bài thực hành số 3: Khảo sát vẽ sơ đồ điều khiển hệ thống lái trợ lực điện Yêu cầu: Khảo sát mô hình và vẽ sơ đồ điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện Mục tiêu: Hiểu rõ việc điều khiển hệ thống lái trợ lực điện: tín hiệu đầu vào, bộ điều khiển, cơ cấu điều khiển
Phương tiện, dụng cụ, thiết bị:
- Giáo trình hệ thống lái và các tài liệu liên quan
- Mô hình cơ cấu lái trợ lực điện
- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu liên quan
- Điền ghi chú vào phiếu đánh giá
Khảo sát và ghi nhận kết quả:
- So sánh kết quả ghi nhận được với nhau
- Nhận xét, đánh giá và đề xuất
KHẢO SÁT VẼ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN HỆ THÔNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN
STT Nội dung thực hiện
Vẽ sơ đồ điều khiển hệ thống lái trợ lực điện của mô hình Đánh giá của giảng viên:
TỔNG KẾT
Kết luận
Sau khoảng thời gian tìm hiểu và thực hiện đồ án “THI CÔNG MÔ HÌNH CẮT HỆ THỐNG LÁI AUDI” Dựa trên cơ sở các chi tiết của cơ cấu lái Audi đã được nhận cùng với sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn thì đề tài của chúng em đã đạt được:
- Hiểu rõ về cơ sở lý thuyết của hệ thống lái, hệ thống lái trợ lực điện
- Hiểu được những ưu, nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện
- Hiểu rõ về hệ thống lái trợ lực điện trên Audi
- Khảo sát chi tiết cơ cấu lái Audi, thi công mô hình
- Vận hành mô hình và đưa vào quá trình giảng dạy
Trong khoảng thời gian nghiên cứu, ban đầu chúng em chúng em cũng gặp rất nhiều khó khăn trong tìm kiếm tài liệu cũng như thi công mô hình, nhưng dưới sự giúp đỡ của giảng viên hướng dẫnchúng em đã cơ bản đáp ứng được nội dung trong phạm vi đề tài được giao.
Tuy nhiên, do chưa có kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện ngắn nên vẫn còn một ít thiếu sót Rất mong quý Thầy cô và các bạn bổ sung góp ý để đề tài này được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Kiến nghị
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, hệ thống lái trợ lực điện sẽ có thể tiếp tục nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ đem lại sự an toàn, tiện nghi cho người lái
Mô hình cắt cơ cấu lái Audi được cắt rất chi tiết giúp việc quan sát cấu tạo, vị trí của các chi tiết một cách trực quan cũng như hoạt động bên trong của cơ cấu lái Phần khung được gia công chắc chắn, nhỏ gọn
Với mô hình này nhóm xin kiến nghị dùng mô hình này để:
- Phục vụ việc giảng dạy cho sinh viên
- Nghiên cứu và nâng cấp mô hình.