tiểu luận học phần thực hành khung gầm ô tô thực hành chẩn đoán kỹ thuật hệ thống lái trên ôtô toyota

Cụm chi tiết này sử dụng chuyển động quay của vô-lăng và truyền nó đến thước lái bên dưới để định hướng bánh xe dẫn hướng theo mong muốn của người lái.Tất cả các loại ô tô nói chung thì

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG



TIỂU LUẬN HỌC PHẦNMÔN: Thực hành khung gầm ô tô

Thực hành chẩn đoán kỹ thuật hệ thống lái trên ôtô Toyota

GVHD: Nguyễn Thanh Tân

Tên SV: Nguyễn Ngọc Tài MSSV:207OT41155 Lớp: K26OT06 Mã lớp:223_DOT0390_01

TP.HCM, ngày tháng năm 2023

Mục lục

Lời mở đầuMở đầu: Nêu t漃Ām tVt nhWng v Ān đZ chung vZ hệ thống lái, chẩn đoán kỹ thuật hệthống lái trên ô tô n漃Āi chung cũng như của hãng Toyota n漃Āi riêng, giới thiê ^u bài tiểu

luâ ^n 3

Chương 1 Giới thiệu hệ thống lái ,Lịch sử ra đời ,Sự cần thiết hệ thống lái ,chứcnăng yêu cầu,phân loại, phân loại, ưu nhược điểm của từng loại, một số c Āu tạo củatừng loại, nguyên lý hoạt động của hệ thống lái n漃Āi chung và của từng loại, các cảitiến kỹ thuật, sự phát triển của hệ thống lái đến nay……….4

Chương 2 C Āu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống lái trên ô tô Toyota 4

Chương 3 Thực hành tháo rã chi tiết của hệ thống lái 4

Chương 4 Thực hành chẩn đoán kỹ thuật và lVp hệ thống lái 4

Kết luâ ^n: T漃Ām tVt ý ch椃Ānh các chương của bài tiểu luâ ^n 4

Tài liê ^u tham khảo 4

LỜI MỞ ĐẦU

-Trong quá trình phát triển của con người ngành Công nghệ kĩ thuật ô tô là ngành học tích hợp của nhiều lĩnh vực:cơ khí,tự động hóa,điện-điện tử và công nghệ chế tạo máy,khai thác và sử dụng quản lí dịch vụ như điều hành sản xuất phụ tùng lắp ráp cải tiến hiệu quả sử dụng.Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực khôngngừng phát triển và đạt được thành tựu to lớn Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ô tô đã chế tạo ra nhiều loại ôtô hiện đại và sang trọng, phù hợp với mức thu nhập của khách hàng Chính vì vậy mà ô tô ngày càng phát triển và sử dụng nhiều, và sự an toàn khi sử dụng cũng là một tiêu chí đặtlên hàng đầu Để đảm bảo cho sự an toàn đó thì hệ thống lái đóng vai trò hết sức quan trọng trong khi sử dụng.Hệ thống lái là cụm chi tiết có nhiệm vụ chuyển hướng di chuyển hướng di chuyển của xe Cụm chi tiết này sử dụng chuyển động quay của vô-lăng và truyền nó đến thước lái bên dưới để định hướng bánh xe dẫn hướng theo mong muốn của người lái.Tất cả các loại ô tô nói chung thì hệ thống láiđều có cấu tạo cơ bản gồm bốn phần chính là: Vành tay lái, trục lái, cơ cấu lái (hộp số lái), dẫn động lái Với những gì hệ thống lái trên xe ô tô mang lại lợi ích cho

chúng ta và không tránh khỏi những hư hỏng vì vậy bài tiểu luận “Thực hành chẩn đoán kĩ thuật hệ thống lái trên TOYOTA”sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về

cách tháo lắp,cấu tạo,nguyên lí hoạt động những hư hỏng và cách khắc phục sữa chữa hệ thống lái trên nói chung và hệ thống lái trên TOYOTA nói riêng.Để hoàn thành tốt tiểu

luận, trước hết em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn ThanhTân, thầy của khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Ô tô Trường Đại Học VănLang đã hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện tiểu luậnnày Tuy nhiên, do thời gian có hạn,kiến thức và tài liệu tham khảocòn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễncho nên tiểu luận không tránh khỏi sai sót rất mong quý thầy côquan tâm góp ý để kiến thức của em ngày một hoàn thiện

TP HCM , ngày tháng năm 2023Sinh viên thực hiện

Chương 1. Giới thiệu hệ thống lái ,Lịch sử ra đời ,Sự cần thiết hệ thống lái,chức năng yêu cầu,phân loại, phân loại, ưu nhược điểm của từng loại, một sốc Āu tạo của từng loại, nguyên lý hoạt động của hệ thống lái n漃Āi chung và củatừng loại, các cải tiến kỹ thuật, sự phát triển của hệ thống lái đến nay

1.1 Giới thiệu hệ thống lái

Hệ thống lái là cụm chi tiết có nhiệm vụ chuyển hướng di chuyển hướng di chuyển của xe Cụm chi tiết này sử dụng chuyển động quay của vô-lăng và truyền nó đến thước lái bên dưới để định hướng bánh xe dẫn hướng theo mong muốn của người lái.Tất cả các loại ô tô nói chung thì hệ thống lái đều có cấu tạo cơ bản gồm bốn phần chính là: Vành tay lái, trục lái, cơ cấu lái (hộp số lái), dẫn động lái

1.2 Lịch sử ra đời

Hệ thống trợ lực tay lái đầu tiên được lắp đặt trên ô tô vào năm1876 bởi một người thợ máy được biết đến với tên Fitts, nhưng cókhá ít người biết đến ông ấy Thế hệ tiếp theo đã được bố trí trênmột chiếc xe tải hiệu Colombia tải trọng 5 tấn.Robert E Twyford,một cư dân ở thành phố Pittsburgh, bang Pennsylvania Hoa Kì đãđăng kí bằng sáng chế cho cơ cấu trợ lực cơ khí vào tháng 4 năm1900 (bằng sáng chế số 646.477 U.S) và sử dụng nó trên chiếc xeđầu tiên có hệ thống dẫn động toàn phần.Kỹ sư Francis W Davis,bộ phận sản xuất xe tải của hãng Pierce-Arrow đã tìm ra cách chếtạo bộ phận trợ lực trở dễ dàng hơn, và năm 1926 ông đã tạo rahệ thống trợ lực đầu tiên thực sự hoạt động hiệu quả Davischuyển sang làm việc tại General Motors và sáng chế thành cônghệ thống trợ lực bằng thủy lực, hay còn gọi là trợ lực dầu, tuynhiên hãng xe cho rằng nó quá đắt để có thể đưa vào sản xuấtthương mại Sau đó Davis gia nhập Bendix, một nhà sản xuất phụtùng xe hơi.Trong Thế chiến thứ hai, quân đội đòi hỏi tay lái dễdàng điều khiển hơn đối với những phương tiện hạng nặng, vì vậymà tính năng trợ lực tay lái được trang bị cho xe bọc thép và xetăng của quân đội Hoa Kì cũng như Anh quốc.Chrysler giới thiệuhệ thống trợ lực tay lái đầu tiên dành cho một mẫu xe kháchthương mại vào năm 1951 - chiếc Chrysler Imperial, nó được đặt

mới trình làng mẫu Cadillac có hệ thống trợ lực tay lái tạo nên từnhững gì mà Davis đã hoàn thành tại công ty từ trước đó gần 20năm.Năm 1958, Charles F Hammond làm việc ở hãng Detroit đãđăng kí một vài bằng sáng chế cho việc cải tiến hệ thống trợ lựclái với Văn phòng sở hữu trí tuệ Canada.

1.3 Sự cần thiết của hệ thống lái,chức năng,yêu cầu,phânloại

-Hệ thống lái ô tô là một trong bảy hệ thống chủ chốt của xe hơi,công dụng của hệ thống lái xe ô tô có vai trò giữ cho ô tô chuyểnđộng theo quỹ đạo nhất định hoặc thay đổi hướng di chuyển của ôtô theo mong muốn của người lái

-Hệ thống lái trên ô tô có 5 chức năng cơ bản:

 ĐiZu khiển bánh xe dẫn hướng ch椃Ānh xác.

 Đảm bảo hoạt động của hệ thống treo.

-Chức năng thứ hai - duy trì lực lái phù hợp – chính là lý do mà hệthống trợ lực tay lái được phát minh Về mặt cơ khí, khi muốngiảm lực lái các kỹ sư chỉ cần tăng tỷ số truyền, nhưng đổi lại tàixế sẽ phải đánh tay lái nhiều hơn mới có thể điều khiển xe như ýmuốn, đôi khi không kịp xử lý tình huống dẫn đến mất an toàn.Vìvậy cần có một hệ thống trợ lực trung gian giúp đảm bảo đồngthời cả hai yêu cầu: lực tay lái vừa phải và khả năng điều khiểnchính xác

1.4 Phân loại,cấu tạo,ưu nhược điểm,nguyên lí hoạt độngsự phát triển, cải tiến của hệ thống lái đến nay

-Các loại hệ thống lái hiện nay: Hệ thống lái thuần cơ kh椃Ā …

-Hệ thống lái thuần cơ khí bao gồm hai thành phần chính: dẫn động lái và cơ cấu lái Cơ cấu lái là bộ chuyển đổi mô men giữa góc quay vòng các bánh xe dẫn hướng và góc quay vành lái lớn Dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng đồng thời đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng quay quanh trụ đứng với vận tốc và góc quay khác nhau nhằm tránh hiện tượng trượt khi quay vòng.Về cơ bản thì hệ thống thuần lái cơkhí đáp ứng được yêu cầu ban đầu để xe chuyển động trên đường đảm bảo các bánh xe ít bị trượt khi quay vòng Tuy nhiên, do thiết kế đơn giản nên vẫn có nhiều vấn đề cần cải tiến trên hệ thống láinày: Người lái phải sử dụng 100% năng lượng để thực hiện việc quay vòng bánh xe trong quá trình chuyển động, đồng thời cũng tiếp nhận những phản hồi không mong muốn từ mặt đường điều này làm cho người lái cảm thấy mệt mỏi khi sử dụng và gặp khó khăn trong nhiều tình huống bất ngờ.Quỹ đạo chuyển động quay vòng chịu ảnh hưởng của góc quay thân xe và tình trạng đánh lái Trong khi hệ thống lái này chỉ tập trung vào bài toán góc quay dẫnhướng bánh chuyển động theo vô lăng do đó ảnh hưởng của dịch chuyển thân xe đặc biệt khi đánh lái ở tốc độ cao là rõ nét và chưakiểm soát được.Chưa tối ưu khối lượng, kích thước các chi tiết cơ khí nên cơ cấu cồng kềnh, nặng chiếm nhiều không gian bố trí Sự va đập khi xảy ra sự cố ảnh hưởng nhiều đến người sử dụng và cácchi tiết trong xe là điều khó tránh khỏi



 Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS-Hydraulic Power Steering) …

-HPS là sự cải tiến của hệ thống lái thuần cơ khí nhằm giải quyết vấn đề chính là hỗ trợ một phần năng lượng của người lái trong quá trình điều khiển xe tạo cảm giác thoải mái khi lái xe Tùy theo thiết kế và chế độ chuyển động của xe, năng lượng hỗ trợ của bộ trợ lực do động cơ tạo ra có thể lên đến 80% năng lượng tổn hao cho việc đánh lái Việc trang bị hệ thống lái trợ lực sẽ giúp cho người lái ít tổn hao năng lượng khi quay vòng xe và giảm được những va đập từ bánh xe lên vô lăng Không những thế, nó còn nâng cao được tính năng an toàn trong trường hợp bánh xe gặp sựcố Đây là một trong những ưu điểm nổi bật hệ thống lái trợ lực thủy lực.

 Ưu điểm đầu tiên của trợ lực lái thủy lực là cảm giác lái Hệ thống này có kết cấu hoàn toàn bằng cơ khí nên phản ứng với mặt đường chân thực nhất Tài xế có thể cảm nhận được lực dộingược lên vô-lăng Bên cạnh đó, chi phí bảo dưỡng hệ thống trợlực lái thủy lực thấp hơn vì đã thông dụng từ lâu Chỉ thường gặp một số hỏng hóc như rò rỉ dầu, hay hỏng van phân phối Tuy nhiên, cần thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng, kiểm tra dầu trợ lực lái

 Ngoài những ưu điểm trên, hệ thống HPS vẫn còn một số nhượcđiểm cần cải tiến:

– Việc điều khiển các van dầu trợ lực bằng thanh xoắn hoàn toàn bằng cơ khí nên dải tốc độ hạn chế (góc biến dạng thanh xoắn được giới hạn), đặc biệt khi chạy ở tốc độ cao công suất bơm dầu tăng dẫn đến áp lực dầu tăng theo, việc hạn chế trợ lực trở lên khó khăn (mất cảm giác lái)

– Bơm dầu làm việc liên tục (do nối trực tiếp với động cơ) làm tổn hao năng lượng trong tình trạng không cần trợ lực.

Trên thị trường Việt Nam hiện nay rất nhiều dòng xe trang bị hệ thống lái này do giá thành rẻ và phù hợp tốc độ chạy xe hạn chế (<120km/h)



 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điZu khiển bằng điện tử (EHPS) …

Về cơ bản, hệ thống EHPS tương tự như HPS Sự cải tiến lớn nhất chính là thanh xoắn cảm biến mô men đánh lái không trực tiếp điều khiển van trợ lực Độ biến dạng của thanh xoắn được chuyển thành tín hiệu điện gửi đến hộp MCU điều khiển trợ lực Hộp MCU điều khiển trợ tổng hợp các tín hiệu chạy xe, tính toán và xác định phần tỷ lệ trợ lực từ đó quyết định áp lực trợ lực lái

So sánh với hệ thống lái trợ lực thủy lực hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử có nhiều ưu điểm hơn như: Dải làm việc làm việc của trợ lực đa dạng đáp ứng các dải tốc độ khác nhau đặc biệt là dải tốc độ cao (tạo cảm giác lái), tạo sự thoải mái khi lái xe



 Hệ thống lái trợ lực điện tử (EPS) …

Được phát triển cùng thời điểm với hệ thống trợ lực lái thủy lực điều khiển điện tử, hệ thống lái trợ lực điện tử có nhiều ưu điểm hơn Hệ thống lái trợ lực thủy lực điềukhiển điện tử sử dụng bộ trợ lực thủy lực thì với bơm thủy lực gắn với động cơ nên hoạt động liên tục trong quá trình chạy xe gây lãng phí công suất khi không sử dụng trợ lực lái, thêm vào đó dầu trợ lực lái là một nhân tố gây ô nhiễm môi trường Hệ thống ESP đã khắc phục được điều này Ngoài ra, do hoạt động theo cơ cấu điện tử nên được kết nối với cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển để điều chỉnh lực vô-lăng phù hợp Chính vì thế, khi xe di chuyển chậm hay vào bãi đỗ xe, vô-lăng nhẹ nhàng và dễ dàng đánh lái Khi đi tốc độ cao, vô-lăng tự động trở nên nặng hơn Kết cấu của hệ thống lái trợ lực điện tử cũng gọn hơn.

Cải tiến quan trọng của hệ thống này là thay thế lực tác dụng từ bơm dầu trợ lực bằng động cơ điện Mô tơ điện được điều khiển bằng hộp điều khiển nên các chế độ trợ lực được thay đổi một cách linh hoạt Hộp điều khiển ECU được lập trình dựa trên thuật toán điều khiển và mô hình toán điều khiển trợ lực hệ thống lái Tùy theo từng hãng xe, mô hình điều khiển được sử dụng có sự khác nhau Tuy nhiên, có một đặc điểm chung nhất đó là các đặc tính trợ lực được xây dựng dựa trên đặc tính cản từ mặt đường Trong hệ thống này, cảm biến mô men cản (bố trí trên thanh xoắn)sẽ xác định mô men cản từ mặt đường tác dụng lên hệ thống, kết hợp với cảm biến vận tốc và các thông số chạy xe phần mềm sẽ quyết định trợ lực tỷ lệ trợ lực thông qua việc điều khiển trực tiếp mô tơ điện

Tuy hệ thống trợ lực điện ít phải kiểm tra, dễ dàng sửa chữa nhưngnếu hỏng hóc phần cứng, các gara thường khuyên nên thay toàn bộ, kéo theo chi phí lớn Vì sửa chữa không thể đảm bảo tuyệt đối,gây sự cố ở hệ thống lái, thậm chí có tình huống vô-lăng quay liên tục không thể kiểm soát



 Hệ thống lái chủ động (AFS – Active Front Steering) …

Hệ thống lái chủ động AFS được thiết kế dựa trên phân tích về hướng chuyển động thực tế của xe khi lưu thông ở các tốc độ khác nhau tại các điều kiện khác nhau Khi ô tô chuyển động ở dải tốc độ thấp hướng chuyển động của ô tô được quyết định bởi góc đánh lái Tuy nhiên khi vận tốc chuyển động lớn hơn 60 Km/h ảnh hưởng của lực quán tính tác động lên thân xe làm xoay thân xe (do lốp biến dạng và ảnh hưởng hệ thống treo) là rõ nét Nói các khác hướng chuyển động của ô tô phụ thuộc vào hai tín hiệu góc đánh lái và góc xoay thân xe.

Điểm quan trong hệ thống lái này là trên trục lái nối giữa Vô lăng và cơ cấu lái được bố trí thêm bộ chấp hành AFS (AFS actuator) – cơ cấu thay đổi tỷ số truyền được thay đổi theo tình trạng chạy xe.Trên hệ thống này xuất hiện thêm cảm biến xoay thân xe, tín hiệu từ cảm biến này kết hợp với tín hiệu vận tốc, góc đánh lái, vận tốc đánh lái được gửi đến hộp điều khiển Tín hiệu từ bộ điều khiển quyết định tỉ số truyển tại bộ chấp hành

Hệ thống lái AFS kết hợp với bộ trợ lực tạo thành hệ thống lái trang bị cho các xe hạng sang Bộ trợ lực điện này có thể được bố trí trên trục lái (EPAS-column), bố trí trên thước lái (EPAS-rack) hayđược gắn thêm bộ phận giảm tốc và bố trí trên thước lái (EPAS-pinion), đặt song hành cùng với thước lái (EPAS-dual-pinion) Hệ thống trợ lực điện có nhiều ưu điểm hơn hệ thống lái trợ lực thủy lực như điều khiển nhẹ hơn và không chiếm không gian nhiều và không làm tiêu tốn nhiều công suất của động cơ



 Hệ thống lái Steer by wire.

Đối với các hệ thống lái đã trình bày ở trên, khi quay vòng ở các tốc độ khác nhau người lái chỉ kiểm soát được một số trạng thái động lực học của xe Ô tô chỉ có thể được kiểm soát hoàn toàn khi quay vòng với hệ thống lái điện (Steer by wire) Trong các năm gần đầy, hệ thống lái này đang được tập trung nghiên cứu Đây là hệthống lái có khả năng tạo ra lực hỗ trợ lái xe quay vành lái với 100% năng lượng.Khái niệm Steer by wire (SBW) được hình thành dựa trên mong muốn xây dựng hệ thống lái đáp ứng được các tình trạng chuyển động theo mong muốn của người điều khiển xe khi quay vòng Hệ thống Steer by wire có thể được chia thành hai hệ thống: hệ thốngSteer by wire độc lập và hệ thống Steer by wire tích hợp Hệ thốngSteer by wire tích hợp với đặc điềm hai bánh dẫn hướng liên kết với nhau qua hình thang lái Đặc điểm hệ thống Steer by wire độc lập với đặc điểm mỗi bánh xe dẫn hướng bố trí một động cơ điều khiển Việc điều khiển một cách độc lập tại các bánh xe có ưu điểm giúp tỉ lệ thay đổi góc dẫn hướng bánh xe một cách độc lập theo lý thuyết quay vòng Tuy nhiên với công nghệ hiện nay, các nghiên cứu mới tập trung vào hệ thống Steer by wire tích hợp.Trên các hệ thống lái thông thường, mô men từ vành tay lái được truyền trực tiếp xuống cơ cấu lái thống qua trục lái Tuy nhiên ở hệthống lái điện cơ cấu liên kết trung gian này đã được loại bỏ, chínhvì vậy việc việc đồng bộ góc quay giữa vành tay lái và cơ cấu lái cũng như những tác động phản hồi từ mặt đường lên vành lái được xem là một nhiệm vụ quan trọng.

Bộ điều khiển hệ thống lái đóng vai trò then chốt trong quá trình điều khiển xe Mọi thông tin sẽ được xử lí bằng điện tử nên khả năng phản ứng với những thông tin trong quá trình lái xe sẽ nhanh