Đồ Án tốt nghiệp tên Đề tài thiết kế hệ thống lái trên cơ sở xe toyota corolla altis 2022

 Tích hợp các công nghệ hỗ trợ lái: Hệ thống lái hiện đại cũng được tích hợp với các công nghệ hỗ trợ lái tự động, như giữ làn đường Lane Keeping Assist, tự động điều chỉnh vô lăng khi

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI TRÊN CƠ SỞ

XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2022

Họ và tên sinh viên : La Việt Hoàng

Mã sinh viên : 201301104

Lớp chuyên ngành : KTOT 3 – Khóa :61

Hệ : Chính quy Giảng viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Quang Cường

Năm 2024

Mục Lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Khái quát hệ thống lái 3

1.1.1 Lịch sử hình thành 3

1.1.2 Tầm quan trọng của hệ thống lái 6

1.1.3 Thực trạng thiết kế hệ thống lái 7

1.2 Các phương án thiết kế 9

1.2.1 Cơ cấu lái 9

1.2.2 Dẫn động lái 15

1.3 Giới thiệu về Toyota corolla altis và hệ thống lái trên xe 22

1.3.1 Thông số của xe Toyota Corolla Altis 1.8AT 2022 22

1.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế trên xe Toyota Corolla Altis 2022 23 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI 24

2.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng 25

2.2 Tính bánh răng và thanh răng 25

2.2.1 Xác định các thông số của bánh răng 25

2.2.2 Xác định các thông số của thanh răng 27

2.3 Tính bền cơ cấu lái trục răng – thanh răng 28

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG LÁI 32

3.1 Xác định momen cản quay vòng tại chỗ 32

3.2 Lực cực đại đặt trên vô lăng 35

3.3 Tính toán thông số hình học của hệ thống lái 36

3.3.1 Hình thang lái 36

3.4 Tính bền dẫn động lái 42

3.4.1 Tính đòn quay đứng và các đòn dẫn động 42

3.4.2 Kiểm tra bền trục lái 45

3.4.3 Kiểm tra bền Rô- tuyn 45

3.5 Tính toán trợ lực điện 48

3.5.1 Xây dựng đặc tính cường hóa lái 50

3.5.2 Tính thanh xoắn 52

3.5.3 Tính kiểm nghiệm motor trợ lực điện 53

3.5.4 Tính toán điều khiển motor điện 54

LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp ô tô là một ngành quan trọng trong kinh tế của một quốc gia đặc biệt là một quốc gia đang phát triển như việt nam Ô tô giúp vận chuyển hàng hóa,phục vụ mục đích đi lại của con người từ đó gián tiếp giúp các ngành khác phát triển và tạo ra nhiều công ăn việc làm, do đó phát triển ngành ô tô là một phần không thể thiếu trong chiến lược phát triển đất nước.Trong những năm gần đây nền công nghiệp ô tô đã có sự phát triển mạnh mẽ, hòa nhịp với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp ô tô thế giới.Chính phủ hợp tác chặt chẽ với các quốc gia phát triển nghành ô tô từ đó tiếp thu được khoa học,công nghệ, Các nỗ lực đó giúp ngành ô tô phát triển từ đó đóng góp không nhỏ vào nền kinh tế nước nhà

Trường Đại học Giao Thông Vận Tải là một trong những nơi nghiên cứu, giảng dạy hàng đầu về ô tô tại Việt Nam Sau một quá trình học tập tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải, em đã được tìm hiểu về hầu hết các hệ thống trên ô tô Trên ô tô hệ thông lái là hệ thông rất quan trọng trong quá trình vận hành của ô tô Tình trạng kỹ thuật của hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ chuyển động và tính an toàn của ô tô Do đó việc tìm hiểu sâu và nắm chắc các nguyên lý cơ bản về

hệ thống lái trên ô tô là rất cần thiết đối với các kỹ sư cơ khí ô tô.

Trong thời gian học tập ở trường cùng với những khiến thức thu được từ thực

tế về hệ thống lái trên ô tô cũng như các hệ thống khác trên ô tô, cá nhân em thấy rằng việc tìm hiểu về cấu tạo, khai thác và bảo dưỡng hệ thống lái là vô cùng quan trọng Do đó em đã lựa chọn đề tài là: “Thiết kế hệ thống lái trên xe cơ sở ô tô TOYOTA COROLLA ALTIS 2022” Mục đích nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu

về cấu tạo tứ đó đưa ra phương án thiết kế phù hợp với hệ thống lái trên ô tô

TOYOTA COROLLA ALTIS 2022 Em mong được các đóng góp của thầy cô để bản đồ án được hoàn thiện hơn.

Qua đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Quang Cường, toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn Cơ khí ô tô và các bạn sinh viên ô

tô đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2024

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái quát hệ thống lái

1.1.1 Lịch sử hình thành

Hình 1: Hệ thống lái trên ô tô

1.1.1.1 Những bước đầu (trước năm 1900)

Khi những chiếc ô tô đầu tiên ra đời vào cuối thế kỷ 19, phương tiện chủ yếu được điều khiển bằng các hệ thống cơ khí rất đơn giản Những chiếc xe hơi

đầu tiên sử dụng vô lăng rất lớn và được lái bằng tay Tuy nhiên, hệ thống lái của chúng khá nặng và khó điều khiển, đặc biệt là khi di chuyển ở tốc độ cao.Trước năm 1900, hệ thống lái chủ yếu là:

 Cần điều khiển hoặc vô lăng

 Hệ thống lái thẳng.

1.1.1.2 Phát triển trong những năm đầu thế kỷ 20 (1900-1930)

Vào đầu thế kỷ 20, các nhà sản xuất ô tô bắt đầu nhận ra tầm quan trọng của việc cải thiện hệ thống lái để tạo ra những chiếc xe dễ điều khiển hơn Một trong những sự phát triển quan trọng trong giai đoạn này là việc cải tiến cơ cấu lái để giúp giảm bớt lực tác động cần thiết khi xoay vô lăng

 Hệ thống lái trục vít (steering worm): Một trong những cải tiến lớn

đầu tiên là hệ thống lái trục vít, giúp người lái dễ dàng hơn trong việc điều khiển xe

 Vô lăng được cải tiến: Vô lăng nhỏ hơn và dễ dàng hơn trong việc sử

dụng, thay vì những vô lăng lớn như trước

1.1.1.3 Hệ thống lái trợ lực (1930-1950)

Hình 2 : Hệ thống lái trợ lực thủy lực

 Năm 1951, Chrysler Imperial là chiếc xe đầu tiên trang bị hệ thống trợ lực lái thủy lực, do Charles F Hammond phát minh Hệ thống này sử dụng bơm thủy lực chạy bằng động cơ, giúp giảm lực cần thiết khi xoay vô lăng, đặc biệt là khi xe đang đứng yên hoặc ở tốc độ thấp.

 Trợ lực lái thủy lực nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn trên nhiều mẫu xe, đặc biệt là các mẫu xe hạng sang.

1.1.1.4 Sự ra đời của hệ thống lái trợ lực điện (1990-2000)

Hình 3 : Hệ thống lái trợ lực điện

Cuối thế kỷ 20, với sự phát triển của công nghệ điện tử, các hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering -EPS) bắt đầu thay thế các hệ thống trợ lực thủy lực truyền thống Hệ thống EPS sử dụng một động cơ điện thay vì bơm thủy lực để hỗ trợ lực lái, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm trọng lượng cho xe

 Hệ thống lái điện tử: EPS không chỉ giảm bớt sức nặng của vô lăng

mà còn có thể điều chỉnh độ trợ lực tùy theo tốc độ của xe, giúp lái xe

dễ dàng hơn khi chạy tốc độ thấp và ổn định hơn khi chạy tốc độ cao

 Tích hợp các công nghệ hỗ trợ lái: Hệ thống lái hiện đại cũng được

tích hợp với các công nghệ hỗ trợ lái tự động, như giữ làn đường (Lane Keeping Assist), tự động điều chỉnh vô lăng khi xe lệch làn, và các hệ thống an toàn khác

1.1.1.5 Hệ thống lái tự động và tương lai (2020 - hiện nay)

– Drive-by-wire là một công nghệ tiên tiến trong hệ thống lái, loại bỏ các kết

nối cơ học giữa vô lăng và bánh xe, thay vào đó là các cảm biến và tín hiệu điện tử để điều khiển hướng lái Một số mẫu xe hiện đại đã áp dụng công nghệ này, như Infiniti Q50.

– Các hệ thống lái hiện đại còn tích hợp nhiều tính năng thông minh như:

 Lái tự động (Autonomous Steering): Được trang bị trên các xe tự lái,

giúp xe tự động điều chỉnh hướng lái dựa trên các cảm biến và hệ thống điều khiển.

 Hệ thống cảnh báo và hỗ trợ giữ làn đường: Sử dụng các cảm biến và

camera để phát hiện khi xe lệch khỏi làn đường và tự động điều chỉnh vô

lăng để giữ xe trong làn.

 Hệ thống lái biến thiên tỷ lệ (Variable Ratio Steering): Điều chỉnh tỷ lệ

lái dựa trên tốc độ xe, giúp lái xe dễ dàng và linh hoạt hơn ở tốc độ thấp và

ổn định hơn ở tốc độ cao.

1.1.1.6 Nhận xét

Hệ thống lái ô tô đã trải qua một quá trình phát triển dài từ các hệ thống lái cơkhí đơn giản vào cuối thế kỷ 19, đến các hệ thống lái trợ lực thủy lực và điện

tử, và hiện nay đang tiến đến công nghệ lái tự động Những cải tiến này

không chỉ làm cho việc lái xe trở nên nhẹ nhàng và dễ dàng hơn mà còn tăng cường sự an toàn và tiện nghi cho người lái

1.1.2 Tầm quan trọng của hệ thống lái

quay của các bánh xe tuân thủ theo đúng động học quayvòng ô tô để hạn chế hiện tượng mòn bánh xe khi quay vòng vàgiữ cho ô tô chuyển động theo một hướng nhất định theo mongmuốn của người lái xe như: quay vòng trái, quay vòng phải, đithẳng,

Điều khiển hướng di chuyển của xe

Hệ thống lái cho phép tài xế điều khiển hướng đi của ô tô, từ đó đảm bảo sự dichuyển an toàn và chính xác Khi tài xế quay vô lăng, hệ thống lái truyền lực vàthông tin đến các bánh xe để thay đổi hướng di chuyển của xe, giúp xe đi đúnghướng

Tăng cường sự ổn định và thoải mái

Hệ thống lái cũng có ảnh hưởng lớn đến sự ổn định và cảm giác lái của xe Các

hệ thống lái hiện đại (như lái trợ lực điện hay trợ lực thủy lực) giúp giảm lực cầnthiết để xoay vô lăng, đồng thời làm giảm cảm giác mệt mỏi cho tài xế khi lái xetrong thời gian dài

Liên kết với các hệ thống khác

Hệ thống lái không chỉ làm việc độc lập mà còn kết hợp với các hệ thống khácnhư hệ thống treo, phanh, và các hệ thống điều khiển điện tử Ví dụ, trong các xehiện đại, hệ thống lái có thể kết nối với các hệ thống hỗ trợ lái tự động, như kiểmsoát giữ làn đường (lane-keeping assist) hay hỗ trợ phanh khẩn cấp

Cải thiện tính linh hoạt trong vận hành

Với những tiến bộ công nghệ, hệ thống lái ngày nay không chỉ là một công cụ đểđiều khiển xe mà còn có thể giúp xe hoạt động tốt hơn trong những tình huốngđặc biệt, chẳng hạn như xe có thể lái được với góc lái rất nhỏ trong các khônggian chật hẹp (ví dụ trong bãi đỗ xe)

Tối ưu hóa cảm giác lái

Với các hệ thống lái hiện đại, như lái trợ lực điện, hệ thống lái có thể điều chỉnhmức độ trợ lực tùy thuộc vào tốc độ và tình huống, giúp tài xế có cảm giác láilinh hoạt và chính xác hơn

Tóm lại, hệ thống lái không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng điều khiển và

an toàn của xe mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao trải nghiệmlái xe, tối ưu hóa hiệu suất vận hành và duy trì tuổi thọ của phương tiện

1.1.3 Thực trạng thiết kế hệ thống lái

1.1.3.1 Tình hình trên thế giới

Thực trạng thiết kế của hệ thống lái trên thế giới ngày nay đang phản ánh

sự tiến bộ mạnh mẽ trong công nghệ ô tô, đặc biệt là sự phát triển của các hệthống lái điện tử, tự động hóa, và tích hợp các tính năng hỗ trợ lái tiên tiến(ADAS) Với sự gia tăng các yêu cầu về an toàn, hiệu suất, và sự xuất hiện củacác phương tiện tự lái, thiết kế hệ thống lái đang dần thay đổi để đáp ứng cáctiêu chuẩn và xu hướng mới

Một trong những thay đổi quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống lái ô tôtrên thế giới là sự chuyển dịch từ các hệ thống lái trợ lực thủy lực sang hệ thống

lái trợ lực điện (EPS).

Các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới đang tiếp tục đầu tư mạnh vàocông nghệ lái tự động và bán tự động, đặc biệt là trong bối cảnh phát triển xe tựlái (autonomous vehicles) Điều này đòi hỏi thiết kế hệ thống lái phải có khảnăng tự vận hành mà không cần sự can thiệp của người lái

Hệ thống lái hiện đại ngày nay không chỉ dừng lại ở việc lái xe mà còn bao

gồm các tính năng hỗ trợ lái tiên tiến (ADAS), giúp tăng cường an toàn và nâng

cao trải nghiệm lái xe

Một xu hướng quan trọng khác trong thiết kế hệ thống lái là việc kết nối xevới các hệ thống giao thông thông minh, các thiết bị di động, và các phương tiệnkhác Đây là yếu tố cần thiết để triển khai các công nghệ như xe tự lái và

Vehicle-to-Everything (V2X).

Hệ thống Steer-by-Wire (lái điện tử) đang trở thành một xu hướng tiên tiếntrong thiết kế ô tô Trong hệ thống này, không có liên kết cơ học giữa vô-lăng vàcác bánh xe Thay vào đó, các tín hiệu điện tử truyền từ vô-lăng đến hệ thốnglái Điều này giúp giảm trọng lượng, cải thiện tính linh hoạt trong thiết kế nộithất và mang đến cảm giác lái tinh tế hơn

Các tiêu chuẩn an toàn và bảo vệ môi trường ngày càng trở nên khắt khe,đặc biệt là ở các quốc gia phát triển Điều này thúc đẩy các nhà sản xuất ô tôphải cải tiến liên tục hệ thống lái để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về: An toànngười lái và hành khách , khí thải và tiết kiệm năng lượng

Nhận xét :

Thực trạng thiết kế hệ thống lái trên thế giới ngày nay đang tập trung vào

sự tự động hóa, tính linh hoạt, và an toàn Các công nghệ như hệ thống lái trợ lực điện, ADAS, và Steer-by-Wire đang thay đổi cách chúng ta tương tác với

phương tiện, tạo ra những trải nghiệm lái xe an toàn, hiệu quả và thoải mái hơn.Trong tương lai, các hệ thống lái tự động sẽ trở thành xu hướng chủ đạo, đặcbiệt là khi các công nghệ V2X và AI tiếp tục phát triển

1.1.3.2 Tình hình tại Việt Nam

Thực trạng thiết kế hệ thống lái ở Việt Nam so với thế giới đang có sự khácbiệt rõ rệt, chủ yếu do sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong nước vàmức độ áp dụng các công nghệ tiên tiến Mặc dù Việt Nam đang có những bướctiến đáng kể trong việc phát triển công nghiệp ô tô và hệ thống lái, nhưng so vớicác quốc gia phát triển, vẫn còn nhiều thách thức Hầu hết các ô tô sản xuất tại

Việt Nam hiện nay vẫn sử dụng các hệ thống lái truyền thống, bao gồm hệ thốnglái trợ lực thủy lực (hydraulic power steering - HPS) hoặc hệ thống lái trợ lựcđiện (EPS) trong các mẫu xe tầm trung và cao cấp Mặc dù EPS đã bắt đầu xuấthiện trên một số dòng xe phổ biến, nhưng việc áp dụng EPS rộng rãi chưa đượcnhư ở các quốc gia phát triển.

Công nghệ và tiêu chuẩn chất lượng vẫn chưa thể sánh ngang với các quốcgia phát triển , đặc biệt là trong việc áp dụng các hệ thống lái tự động hoặc bán

tự động Cơ sở hạ tầng và chính sách pháp lý chưa phát triển đủ để hỗ trợ việctriển khai rộng rãi các công nghệ mới trong hệ thống lái , đặc biệt là xe tự lái Nhận xét :

Thực trạng thiết kế hệ thống lái tại Việt Nam đang có sự phát triển nhưngvẫn còn khoảng cách so với các quốc gia phát triển Trong khi các công nghệtiên tiến như hệ thống lái tự động, trợ lực điện và các tính năng hỗ trợ lái đãđược triển khai rộng rãi ở các nước phát triển, thì ở Việt Nam, việc áp dụngnhững công nghệ này còn gặp nhiều thách thức về cơ sở hạ tầng, chính sách vàmức độ đón nhận từ người tiêu dùng Tuy nhiên, sự phát triển của các công tytập đoàn lớn và nhu cầu ngày càng tăng về công nghệ xe thông minh sẽ thúc đẩyviệc áp dụng các hệ thống lái hiện đại trong tương lai gần

1.2 Các phương án thiết kế

1.2.1 Cơ cấu lái

- Các loại cơ cấu lái hiện nay thường bố trí trên ô tô gồm :

-Loại trục vít globoit - con lăn

-Loại trục vít ê cu bi - thanh răng - cung răng

-Loại bánh răng - thanh răng

-Loại trục vít - cung răng

ngoài ra còn có cơ cấu lái trục vít chốt que - bánh răng - cung răng , loạitrục vít - cung răng …

1.2.1.1 Cấu tạo các loại cơ cấu lái thường dùng :

1) Loại trục vít globoit - con lăn :

- Cấu tạo , nguyên lý hoạt động :

Hình 4 : cấu tạo cơ cấu lái trục vit globoit- con lăn hai vành

1: đòn quay đứng 5: Trục vít

2: đệm điều chỉnh 6: Đệm điều chỉnh

3: Nắp trên 7: Con lăn

4: Vít điều chỉnh 8: Trục con lăn

 Đặc điểm:

Trục lái của hệ thống được ép căng với trục vít lõm, nhận chuyển động từvành lái Trục vít lõm ăn khớp với con lăn đặt trên các ổ bi kim và có khả năngđiều chỉnh dọc trục thông qua các lá căn ở trên mặt bích đầu trục Con lăn có thể

là 1, 2, 3 răng, tuy nhiên thường dùng loại 3 răng để giảm áp lực tác dụng lêncon lăn Con lăn quay trơn trên trục thông qua ổ bi kim Con lăn có góc ren ăn

khớp với trục vít Trục con lăn mang theo con lăn quay trên trục bị động của cơcấu lái Đầu ngoài của trục bi động có xẻ rãnh then hoa liên kết với đòn quayđứng của dẫn động lái Toàn bộ cơ cấu lái làm việc trong dầu bôi trơn và vỏ cơcấu lái được bắt chặt trên khung xe.

- Để con lăn tiếp xúc với mặt xoắn ốc của trục vít, giữa tâm con lăn và trụcvít có độ lệch tâm (5-7 mm) và để sử dụng khi chỗ ăn khớp bị mòn, khi đó có thểđiều chỉnh ăn khớp bằng cách đẩy sâu con lăn vào ăn khớp với trục vít tạo nênkhả năng ăn khớp mới với độ dơ cho phép thông qua đai ốc điều chỉnh ở đầutrục bị động

- Dùng trục vít lõm nên cho phép tỷ số truyền có thể thay đổi tuy nhiênmức độ thay đổi không lớn lắm (5% - 10%)

Hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch nên đảm bảo giảm va đập từ mặtđường lên tay lái Con lăn quay trơn nhờ ổ bi kim, nên giảm được ma sát

- Hiệu suất thuận 0,6 - 0,7: Hiệu suất nghịch 0,3 - 0,5

Cơ cấu lái trục vít - con lăn thường được sử dụng trên:

Xe tải và xe thương mại: Nhờ khả năng tạo ra tỷ số truyền lớn và chịu đượctải trọng cao

Xe SUV cỡ lớn: Được sử dụng trên một số mẫu xe cần hệ thống lái mạnh

mẽ, bền bỉ

Xe cổ điển: Nhiều mẫu xe cũ vẫn sử dụng cơ cấu này trước khi chuyểnsang các hệ thống lái hiện đại như bánh răng - thanh răng

2) Loại trục vít ê cu bi - thanh răng - cung răng

- Cấu tạo của cơ cấu lái:

Hình 5 : Cấu tạo cơ cấu lái trục vit- ê cu bi – thanh răng – cung răng

1: Vỏ, 2: Ô bi, 3: Trục lái, 4: Écu bi, 5: Ô bi, 6: Phớt, 7: Đai ốc điều chỉnh, 8: Đai ốc hãm, 9: Bánh răng rẻ quạy, 10: Bi

- Các viên bị nằm trong rãnh của trục vít ê cu, hoạt động theo vòng kín nhờcác rãnh dẫn bi.

- Loại có tỷ số truyền không đổi thường đi kèm với bộ trợ lực lái và loại có

tỷ số truyền thay đổi không lắp them bộ trợ lực

 Ưu điểm:

- Lực cản lăn nhỏ do ma sát giữa trục vít và êcu bi được khắc phục bởinhững viên bi

-Tỷ số truyền của loại cơ cấu lái này rất lớn (tối đa có thể là 40) có thể là tỷ

số truyền không đổi hoặc thay đổi

- Hiệu suất cao: Hiệu suất nghịch bằng hiệu suất thuận (0,7 – 0,85)

Hình 6 : Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

1- Bánh răng; 2- Thanh răng; 3- Thanh xoắn; 4- Ổ bi đỡ chặn; 5- Bộ phận dẫnhướng thanh răng; 6- Đai ốc điều chỉnh khe hở ăn khớp; 7- Lò xo

 Đặc điểm: Thanh răng được cắt răng ở một phía, phần còn lại có tiếtdiện tròn Thanh răng được trượt lên các bạc trượt hình vành khăn.Một bạc trượt nằm ở phía dưới không cắt răng và một bạc trượt nửahình vành khăn tùy ở phía dưới thanh răng và có thể điều chỉnh thôngqua ê cu điều chỉnh nằm phía dưới cơ cấu lái Giữa bạc trượt và ê cu

có khe hở để đảm bảo tác dụng của lo xo tỳ, tỳ sát bạc và thanh răng

Ê cu được khóa để tránh sự tự nối lỏng

Hình 7 : sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

1- Khớp nối; 2- Thanh răng

 Ưu điểm:

+ Do ăn khớp trực tiếp nên có độ nhạy cao

+ Sự truyền mô men tốt do sức cản trong cơ cấu nhỏ nên tay lái nhẹ.+ Hiệu suất thuận bằng hiệu suất nghịch bằng 0,8-0,9.

+ Độ dơ của cơ cấu lái nhỏ và có khả năng tự động điều chỉnh.+ Cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ Các cơ cấu được bọc kín nên ít phảibảo dưỡng và sữa chữa

 Nhược điểm:

Không phù hợp cho xe lớn: Hệ thống này có thể không cung cấp đủ lựccho các xe tải hoặc xe lớn, nơi mà lực cần thiết để điều khiển bánh xe lớnhơn

Giới hạn về góc lái: Góc xoay của vô lăng có thể bị giới hạn do cơ chếcủa bánh răng và thanh răng

 Ứng dụng

Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng thường được sử dụng trên các xe con,SUV cỡ nhỏ, và các xe thể thao vì tính đơn giản, gọn nhẹ và khả năng phảnhồi tốt

1.2.2 Dẫn động lái

Hình 8 : Cơ cấu dẫn động lái

Dẫn động lái chia ra : dẫn động lái cơ khí , dẫn động lái có trợ lực

+ Vành lái và trục lái là bộ phận truyền lực điều khiển từ vành lái tới

cơ cấu lái , điều khiển hướng chuyển động của ô tô

+ Vành lái có hình tròn có cốt bằng thép , bề mặt ngoài làm từ vật liệu

có hệ số ma sát cao Vành lái có các lan hoa được lối ở moay ơ Moay ơthường được nối với trục lái thông qua then hoặc then hoa

+ Chục lái là chi tiết cần truyền mô men lớn lên cần có : độ cứngvững cao, hạn chế ảnh hưởng của rung động buồng lái và bánh xe tớivành lái , kết cấu nhỏ gọn, thích hợp với tầm thước của người lái ( quanniệm của nhân trắc học ) , có khả năng giảm va đập dọc chuyển lênvành lái nhằm hạn chế tổn thương có thể xảy ra khi gặp tai nạn

Hình 10: Bố trí trục lái và vành lái

Trục lái chia ra làm 2 loại : nối thẳng và nối gẫy

- Dạng nối thẳng không thay đổi được góc đặt trục hiện nay rất ít dùng

- Rạng nối gẫy có khả năng thay đổi được góc đặt

Trên ô tô con, kết cấu của trục lái có thể mềm và thay đổi độ dài nhằmgiảm mô men xung lượng va đập ngược và giảm lực ép vành lái vào lái

xe khi bị đâm mạnh từ phía trước

Hình thang lái

Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái Hình thang lái cónhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng Mụcđích làm cho các bánh xe khỏi bị trượt lê khi quay vòng, làm giảm sự mài mònlốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định của xe .

Dẫn động lái 4 khâu ( Hình thang lái Đan tô )

Hình 11 : Hình thang lái đan tô

Hình thang lái 4 khâu đơn giản , dễ chế tạo , đảm bảo động học quay vòngbánh xe Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc ( lắp vớidầm cầu dẫn hướng )

Dẫn động lái 6 khâu

Hình 12 : Hình thang lái 6 khâu

Hình thang lái 6 khâu được lắp hầu hết trên các xe du lịch có hệ thốngtreo độc lập , lắp trên các cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái 6khâu dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc , bố trí cườnghóa lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái

1.2.2.2 Dẫn động lái có trợ lực

A) Hệ thống lái trợ lực thủy lực

- Chi phí bảo dưỡng ít

- Lỗi khi bị hư hỏng thường nhẹ

- Tốc độ nhả vô lăng về trung tâm nhanh hơn , nghĩa là giúp lái xe có thểthăng bằng một cách tốt hơn

Nhược điểm :

-Thường xuyên phải kiểm tra , bảo dưỡng

- Phức tạp , nặng và chiếm nhiều không gian

B ) Hệ thống lái trợ lực điện

- Trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) là hệthống điện hoàn chỉnh giúp làm giảm đáng kể sức cản của hệthống lái bằng cách cung cấp dòng điện trực tiếp từ mô tơ điệntới hệ thống lái

Ta có 2 kiểu bố trí mô tơ điện:

+ Bố trí trên trục lái

+ Bố trí trên cơ cấu lái.

Hình TỔNG QUAN 4: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái

trợ lực điện

Hệ thống lái có trợ lực điện loại 1

Hệ thống trợ lực lái kiểu này gồm có một mô tơ điện trợ lựccùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít bố trí ở trục lái chính(trước đoạn các đăng trục lái) Ở đây cũng bố trí cảm biếnmômen lái và bên cạnh bộ điều khiển điện tử của trợ lực láiđiện (EPS ECU)

Hình 15: Trợ lực lái điện với mô tơ trợ lực trên trục lái 1- mô tơ; 2- cảm biến mômen; 3- trục lái; 4- trục vít - bánh vít; 5- cơ cấu lái trục răng - thanh răng; 6- ly hợp điện từ

Hình TỔNG QUAN 6: Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực

lái loại 1 1-vòng bi; 2- trục vít; 3- vỏ trục lái; 4- khớp nối; 5- roto; 6- stator;

7- trục mô tơ; 8- trục lái chính; 9- bánh vít

Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2

- Loại này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực:

+ Loại mô tơ chế tạo rời lắp với trục bánh răng của cơ cấulái

+ Loại mô tơ được chế tạo liền với cơ cấu lái Trợ lực lái này

có mô tơ trợ lực được chế tạo liền với cơ cấu lái và là bộ phậncấu thành của cơ cấu lái kiểu này rất gọn, tuy nhiên giá thành

hệ thống cao

Hình 17: Mô tơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái

1- Khớp cầu; 2- Chụp cao su; 3- Thanh lái; 4- Mô tơ; 5- Giắc

điện; 6-Trục lái

Ưu điểm :

-Đem lại cảm giác lái chân thực, cảm biến một cách nhanh nhạy hơn

- Ít phải kiểm tra , dễ dàng sửa chữa

- Nhỏ gọn và nhẹ nhàng, tiết kiệm nhiên liệu

Nhược điểm :

-Cấu tạo phức tạp

- Chi phí sửa chữa khi hỏng hóc lớn

1.3 Giới thiệu về Toyota corolla altis và hệ thống lái trên xe

1.3.1 Thông số của xe Toyota Corolla Altis 2022

Hình18: Hình dáng tổng thể xe Toyota corolla Altis 2022

- Xe Corolla Altis 2.0 là một trong ba mẫu sedan chủ lực củahãng Toyota gồm Camry, Altis, Vios

- Xe Corolla Altis được trang bị động cơ xăng 3ZR-FE, vớihộp số tự động 4 cấp và được ứng dụng nhiều công nghệ xe cókhả năng vận hành mạnh mẽ

những lúc cần bức phá tốc độ mà vẫn đảm bảo độ êm dịutiện nghi cho người ngồi trên xe

- Thiết kế nội và ngoại thất có phong cách thể thao trẻtrung với nhiều điểm nhấn sang trọng và cao cấp Ngoài ra xeđược trang bị nhiều hệ thống an toàn và tiện nghi: hệ thống túikhí, hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS Với danh tiếngtoàn cầu cùng sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối, Toyota CorollaAltis khẳng định những giá trị truyền thống phát triển dựa trênnền tảng mới của thiết kế và công nghệ một cách thuyết phục

Hình 19 : Bản vẽ tuyến hình xe toyota Corolla Altis 2022

1.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế trên xe Toyota

Corolla Altis 2022

1.3.2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái

Ta chọn cơ cấu lái loại thanh răng - bánh răng

Ưu điểm của cơ cấu lái này là có kết cấu gọn , độ nhạy cao,cấu tạo đơn giản và tỉ số truyền nhỏ thích hợp bố trí trên cácloại xe nhỏ Độ dơ tay lái nhỏ hơn so với các loại cơ cấu lái khác

do được dẫn động trực tiếp

1.3.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái

Ta chọn phương án dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ

Phần tử cơ bẩn của dẫn động lái là hình thang ĐANTÔ , nó được tạo bởicầu trước , đón kéo ngang và đòn kép dọc Sự quay vòng của ô tô rất phứctạp ,để đảm bảo mối quan hệ động học của bánh xe phía trong và bánh xe phíangoài khi quay vòng là điều rất khó thực hiện Hiện nay với các xe được thiết kếchỉ đáp ứng được gần đúng mối quan hệ đó bằng hệ thống khâu khớp và các đònkéo tạo nên hình thang lái

1.3.2.3 Lựa chọn trợ lực lái

Trợ lực lái của xe : Xe sử dụng trợ lực lái điện

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI

Bảng 1: thông số đầu vào của xe

16 Bán kính quáy vòng tối thiểu m 5,4

19 Trọng lượng cầu trước G1 N 8119

2.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng

Để xác định bán kính vòng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo cácphương pháp sau :

+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quaycủa bánh răng có phù hợp không Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đóthì thanh răng phải dịch chuyển một đoạn

+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác địnhbán kính vòng lăn của bánh răng Đối với cơ cấu lái loại bánhrăng – thanh răng thì số vòng quay của vành lái thì cũng là sốvòng quay của bánh răng X1=84,78 (mm)

Dựa vào xe tham khảo , ta chọn số vòng quay về một phíacủa vành lái ứng với bánh xe quay là n= 1,5 vòng

Ta có công thức : X1 =2 πRn

Suy ra R= 2 π 1 ,5 X 1 = 9mm

2.2 Tính bánh răng và thanh răng

2.2.1 Xác định các thông số của bánh răng

Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy:

: Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ gócnghiêng  = 120.

Từ công thức (3.28) suy ra số răng của bánh răng:

Số răng tối thiểu:

Zmin = 17cos3 = 17.cos3140 = 12,78

Df =Dc- 2mn(1.25- )=18-2.2,5(1,25- 0,538) =14,44 mm.+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy

 = 200

+ Đường kính cơ sở của bánh răng:

2.2.2 Xác định các thông số của thanh răng

Đường kính của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểmnhất:

Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng:

L = 2X1 = 2.84.78 = 169,56 (mm)Mặt khác ta có:

dc = suy ra Z = =

Trong đó:

t1 = = = = 8,25Suy ra:

2.3 Tính bền cơ cấu lái trục răng – thanh răng

Đối với loại truyền động trục răng - thanh răng phải đảmbảo cho các răng có độ bền cao

+Xác định lực tác dụng lên bộ truyền trục răng - thanhrăng

Lực vòng tác dụng lên bánh răng:

P v =P max i c=108.20=2160 (N)

Lực hướng tâm tác dụng lên trục răng theo công thức: