Phân loại hệ thống lái docx

Hệ thống lái của ôtô là hệ thống dùng để điều khiển hướng chuyển động của ôtô bằng cách quay các bánh xe dẫn hướng thông qua vành lái.. Phân loại Có thể phân loại hệ thống lái như sau: -

Hệ thống lái của ôtô là hệ thống dùng để điều khiển hướng chuyển động của ôtô

bằng cách quay các bánh xe dẫn hướng thông qua vành lái

Yêu cầu cơ bản của hệ thống lái

- Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng bé

- Đảm bảo động học quay vòng tốt

- Đảm bảo điều khiển nhẹ nhàng, lực và hành trình điều khiển tỷ lệ với mức độ

quay vòng của ôtô

- Đảm bảo các bánh xe dẫn hướng có khả năng tự ổn định cao

- Giảm được các va đập từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vành lái

- Bánh xe dẫn hướng phải có động học đúng yêu cầu của hệ thống lái và hệ

thống treo

Cấu tạo chung của hệ thống lái ôtô

Gồm có cơ cấu lái, hệ dẫn động lái và có

thể có bộ trợ lực lái

Cơ cấu lái thực chất là một bộ giảm tốc để

đảm bảo tăng mô men điều khiển hướng

chuyển động của người lái đến các bánh

Cấu tạo chung của hệ

thống lái ôtô

Cơ cấu lái 4 được bắt

chặt trên khung xe và

được nối với vánh lái 1

thông qua trục lái 2 bố trí

trong vỏ trục lái

hình thang lái 8 nối với

thanh ngang hình thang

lái 10 qua khớp cầu 9

Phân loại

Có thể phân loại hệ thống lái như sau:

- Theo phương pháp chuyển hướng ôtô, có hai loại: Hệ thống lái thực hiện bằng

cách thay đổi hướng chuyển động của các bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng,

hệ thống lái thực hiện chuyển hướng bằng cách quay cả cầu dẫn hướng

- Theo số lượng cầu dẫn hướng, có các loại: hệ thống lái điều khiển một cầu dẫn

hướng, hai cầu dẫn hướng, tất cả các cầu dẫn hướng

- Theo phương pháp điều khiển, có loại hệ thống lái điều khiển cưỡng bức bằng

tay và hệ thống lái điều khiển tự động

- Theo cấu tạo của cơ cấu lái, có các loại: cơ cấu lái trục vít bánh vít, cơ cấu lái

trục vít đòn quay, cơ cấu lái bánh răng thanh răng, cơ cấu lái thuỷ lực

- Theo đặc điểm kết cấu của hệ thống, có các loại: hệ thống lái không có cường

hoá, hệ thống lái có cường hoá

- Theo cấu tạo của cường hoá dẫn động lái, có loại cường hoá bằng thuỷ lực,

bằng khí nén và chân không, bằng điện từ, bằng cơ khí

- Theo bố trí vành lái, có loại vành lái bên trái, vành lái bên phải, loại có thể điều

chỉnh vị trí vành lái

Các trạng thái quay vòng của ôtô

Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp, tính điều khiển hướng chuyển động của ôtô

rất nhạy cảm với trạng thái quay vòng của ôtô

Các trạng thái quay vòng gồm có quay vòng đủ, quay vòng thừa và quay vòng

thiếu Nhiều yếu tố phức tạp quyết định đến trạng thái quay vòng như gia tốc của

ôtô, độ cứng của lốp, độ cứng của hệ thống lái, trạng thái mặt đường

- Trạng thái quay vòng đủ là trạng

thái quay vòng mà tại mỗi thời điểm,

bán kính quay vòng thực tế Rqv bằng

bán kính quay vòng lý thuyết R0

tương ứng với góc quay vành lái βvl,

quỹ đạo chuyển động thực tế của các

bánh xe trùng với quỹ đạo lý thuyết

Các trạng thái quay vòng của ôtô

- Trạng thái quay vòng thừa là trạng thái quay vòng mà quỹ đạo chuyển động

của bánh xe không trùng với quỹ đạo lý thuyết dẫn đến Rqv < R0 Quay vòng

của xe lúc đó ngoặt hơn người lái mong muốn (thông qua βvl) và để quay vòng

đúng quỹ đạo người lái cần phải giảm góc quay vành lái

Các trạng thái quay vòng của ôtô

- Trạng thái quay vòng thiếu là trạng thái quay vòng mà quỹ đạo chuyển động

thực tế của bánh xe không trùng với quỹ đạo lý thuyết, dẫn đến Rqv > R0 Quay

vòng của xe lúc đó không đạt mức mong muốn của người lái và để quay vòng

đúng quỹ đạo người lái cần tăng thêm góc quay vành lái

Trạng thái quay vòng thừa làm tăng lực ngang tác dụng lên xe (lực ly tâm) rất

nguy hiểm, đặc biệt là những xe có tốc độ cao

22.2 Quan hệ động học của bánh xe dẫn hướng

Sơ đồ các phương án bố trí bánh xe dẫn hướng cơ bản

- Sơ đồ a: Hai bánh trước dẫn hướng là sơ đồ thông dụng nhất cho ôtô con, ôtô

tải, ôtô khách

- Sơ đồ b: Tất cả 4 bánh xe dẫn hướng, chiều quay của các sau ngược với các

bánh trước cho phép quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ, thường dùng cho

ôtô có tính năng cơ động cao Trên ôtô cao tốc hiện nay các bánh sau có thể

quay cùng chiều hoặc ngược chiều với các bánh trước để nâng cao tính ổn định

chuyển động

- Sơ đồ c: Dùng cho ôtô 3 cầu, hai bánh trước dẫn hướng Phương án này được

dùng phổ biến

Sơ đồ các phương án bố trí bánh xe dẫn hướng cơ bản

- Sơ đồ d: Dùng cho ôtô 3 cầu, 2 bánh trước và hai bánh giữa dẫn hướng, quay

cùng chiều, thường dùng cho ôtô có tính cơ động cao

- Sơ đồ e: Dùng cho ôtô 3 cầu, hai bánh trước và hai bánh sau dẫn hướng, cho

phép ôtô có thể quay vòng với bán kính rất nhỏ

- Sơ đồ g: Dùng cho ôtô 4 cầu, hai cầu phía trước dẫn hướng

Quan hệ động học của bánh xe dẫn hướng

Các bánh xe dẫn hướng phải đảm bảo động học đúng để đảm bảo quay vòng

không trượt và động học của hệ thống treo, hệ thống lái đều được đảm bảo

Quan hệ giữa các góc quay của bánh xe phía trong (α) và phía ngoài (β) khi

quay vòng phụ thuộc vào kết cấu của hệ dẫn động lái liên kết giữa hai bánh xe

và phải thoả mãn hệ thức:

cotgβ - cotgα = B0 / L (B0 là khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng

trong mặt phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường; L là

chiều dài cơ sở của xe)

Quan hệ động học của bánh xe dẫn hướng

Hệ dẫn động liên kết giữa hai bánh xe dẫn hướng là cơ cấu 4 khâu có dạng hình

thang đảm bảo được gần đúng quan hệ đó, có kết cấu đơn giản nên được dùng phổ

biến trên ôtô hiện nay có hệ thống treo phụ thuộc và được gọi là hình thang lái

Mục đích của việc bố trí các gúc đặt bánh xe dẫn hướng là để điều khiển hướng

chuyển động được nhẹ nhàng, nâng cao tính ổn định hướng chuyển động, hạn chế

trạng thái quay vòng thừa,

Các thông số bố trí bánh xe dẫn hướng gồm:

- Góc nghiêng ngang của bánh xe (γ)

- Góc chụm của bánh xe (δ)

- Góc nghiêng ngang của trụ đứng (σ) và bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (r0)

- Góc nghiêng dọc của trụ đứng (τ)

Các thông số này được xác định khi xe ở trạng thái không tải và các bánh xe thẳng

hướng chuyển động

Gúc đặt bỏnh xe dẫn hướng

Góc nghiêng ngang của bánh xe (γ)

Góc nghiêng ngang bánh xe (γ) là góc xác định trên mặt phẳng ngang của xe,

đ−ợc tạo bởi vết của mặt phẳng đối xứng dọc của bánh xe và vết của mặt phẳng

dọc thẳng đứng của trên mặt phẳng đó

Góc nghiêng ngang của bánh xe (γ).

Nếu phần trên của bánh xe của

bánh xe nghiêng ra ngoài thì ta quy

ước là γ > 0 và ngược lại

Trước đây người ta thiết kế góc này

lớn (khoảng 20ữ30 độ) vì mặt

đường lồi hơn ở giữa, hiện nay người

ta thiết kế góc này nhỏ hơn (dưới 10

độ)

Góc nghiêng ngang của bánh xe (γ)

Tác dụng của góc nghiêng ngang:

- Góc γ > 0 thỡ khi ôtô có tải, bánh xe trở nên lăn phẳng trên đường, đảm bảo mòn

đều bề mặt lốp

- Góc γ > 0 làm giảm được tải trọng thẳng đứng tác dụng lên ngõng quay của bánh

xe Tải trọng tác dụng lên ngõng quay sẽ ở gần giá ngõng quay

- Góc γ > 0 hạn chế được sự trôi trượt bánh xe ra khỏi ngõng quay do tạo được một

thành phần phản lực có tác dụng đẩy bánh xe vào phía trong Vì vậy, ổ lăn phía trong

của bánh xe thường lớn hơn do tải trọng lớn hơn

- Góc γ > 0 hạn chế được trường hợp góc γ < 0 không mong muốn do tải trọng chất

lên xe gây ra

- Góc γ > 0 làm giảm được lực cản quay vòng do góp phần làm giảm bán kính r0

- Góc γ < 0 thì phía trong của lốp bị mài mòn rất nhanh nhưng khi quay vòng, do lực

ly tâm, bánh xe sẽ tiếp xúc tốt với mặt đường, tăng khả năng tiếp nhận lực bên Vì

vậy, trên xe đua và ôtô cao tốc người ta có thể bố trí γ < 0

Góc chụm của bánh xe (δ)

Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị

góc chụm δ của hai bánh xe dẫn hướng

Góc chụm là góc giữa hai vết của mặt

phẳng đối xứng dọc của bánh xe trên mặt

phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song

song với mặt phẳng đường:

δ = arcsin((B-A)/dv)

A, B là các kích thước như trên hình;

dv là đường kính ngoài của vành bánh xe

Trong thực tế thường lấy hiệu V = B - A

để xác định độ chụm

Độ chụm dương nếu hai bánh xe đặt

chụm về phía trước và ngược lại

Front

B A

Góc chụm của bánh xe (δ)

Góc chụm của bánh xe (δ).

Tác dụng của độ chụm:

Độ chụm lý tưởng khi ôtô hoạt động là δ = 0 để lốp xe được lăn phẳng và mòn đều

Trên cầu trước bị động dẫn hướng có bố trí r0 > 0 và γ > 0, thường có δ >0 để trong

quá trình chuyển động, lực cản lăn (đặt tại tâm vết tiếp xúc của lốp với đường) tạo ra

mô men làm quay bánh xe quanh trụ đứng về vị trí có δ ≈ 0 để lốp mòm đều đồng

thời làm tăng tính ổn định chuyển động thẳng của ôtô

Nếu cầu chủ động dẫn hướng, thường có δ < 0 để trong quá trình chuyển động, lực

kéo tạo ra mô men làm quay bánh xe quanh trục đứng về vị trí có δ ≈ 0 Trong trường

hợp này, để giảm tác dụng của lực cản lăn và lực phanh, δ thường được bố trí có giá

trị nhỏ hoặc bằng 0

Nếu γ có giá trị nhỏ thì δ cũng được bố trí nhỏ

Góc nghiêng ngang của trụ đứng (σ) và bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (r0)

Góc nghiêng ngang của trụ đứng σ là góc xác lập bởi hình chiếu thẳng góc của

đường tâm trụ đứng trên mặt phẳng cắt ngang xe đi qua tâm trục bánh xe và phương

thẳng đứng Đối với hệ thống treo độc lập thì chỉ có trụ đứng "giả tưởng" và giá trị góc

σ thường xuyên thay đổi

Góc σ được gọi là dương nếu đầu trên trụ đứng nghiêng vào phía trong xe và ngược

lại là gọi âm

Steering axis

Upper ball joint

Lower ball joint

Góc nghiêng ngang của trụ đứng (σ) và bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (r0)

Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng r0 là khoảng cách từ vết của đường tâm trụ

đứng trên mặt phẳng đường đến mặt phẳng đối xứng dọc của bánh xe

Nếu vết của đường tâm trụ đứng trên mặt phẳng đường nằm phía trong mặt phẳng

đối xứng dọc thì r0 được gọi là dương, ngược lại gọi là âm

r0

Góc nghiêng ngang của trụ đứng (σ) và bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (r0)

Tác dụng của góc σ là để cho r0 có giá trị nhỏ, làm giảm lực cản quay vòng và để mô

men ngược có tác dụng làm bánh xe dẫn hướng có xu hướng trở về vị trí chuyển động

thẳng (tăng tính ổn định chuyển động thẳng)

Bán kính r0 âm có tác dụng ổn định chuyển động thẳng của ôtô tốt kể cả khi lực

phanh ở hai bên không đồng đều

- Góc nghiêng dọc của trụ đứng (τ).

Góc nghiêng dọc của trụ đứng (τ) là góc xác

định trong mặt phẳng dọc của xe tạo bởi hình

chiếu thẳng góc của trụ đứng trên mặt phẳng đó

và phương thẳng đứng

Góc τ gọi là dương nếu phía trên đường tâm trụ

đứng lùi về phía sau, ngược lại là τ âm

22.3 CƠ CẤU LÁI

Các thông số cơ bản của cơ cấu lái

Cơ cấu lái là một bộ giảm tốc để tăng mô men điều khiển chuyển hướng

chuyển động của ôtô Các thông số cơ bản của cơ cấu lái là:

- tỷ số truyền,

- hiệu suất (thuận và nghịch)

- khe hở cho phép giữa các chi tiết ăn khớp của cơ cấu lái (nó quyết định độ dơ

vành lái)

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đóng vai trò chính trong tỷ số truyền của hệ thống

lái (tỷ số truyền của hệ dẫn động lái chỉ vào khoảng 0,9 ữ 1,1)

Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Trong hệ thống lái người ta phân biệt hai

Đối với cơ cấu lái, tỷ số truyền động học mong muốn là tỷ số truyền thay đổi

theo góc quay vành lái hoặc không thay đổi Với quy luật như trờn hỡnh vẽ,

trong vùng góc quay vành lái nhỏ, tỷ số truyền động học lớn, độ chớnh xỏc điều

khiển hướng cao Trong vùng góc quay vành lái lớn, tỷ số truyền động học nhỏ

đảm bảo quay vũng nhanh

Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Đối với tỷ số truyền thay đổi theo góc quay vành lái theo quy luật như trên

hỡnh vẽ, trong vùng góc quay vành lái nhỏ, tỷ số truyền động học nhỏ, độ nhạy

điều khiển hướng cao Trong vùng góc quay vành lái lớn, tỷ số truyền động học

lớn đảm bảo quay vũng nhẹ nhàng

Hiệu suất của cơ cấu lái

Đối với cơ cấu lái, người ta quan tâm đến hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch

Hiệu suất thuận của cơ cấu lái là hiều suất truyền mô men từ vành lái đến bánh xe

dẫn hướng Hiệu suất nghịch là hiệu suất truyền mô men từ bánh xe dẫn hướng lên

vành lái

Hiệu suất thuận cần lớn để chỉ cần lực điều khiển nhỏ và quá trỡnh điều khiển

được nhẹ nhàng Hiệu suất nghịch cần phải lớn để giảm các va đập từ bánh xe dẫn

hướng truyền lên vành lái

Độ dơ vành lái

Độ dơ vành lái δ càng nhỏ càng đảm bảo độ nhạy và độ chính xác điều khiển

hướng Tuy nhiên, với độ dơ quá nhỏ có thể dẫn đến hiện tượng kẹt răng của cơ

cấu lái, đặc biệt là khi quay vòng ngoặt Vỡ vậy, quy luật biến đổi của độ dơ vành

lái theo góc quay vành lái hợp lý như trên hỡnh vẽ

βvlδ

22.3 CƠ CẤU LÁI

Cơ cấu lái b ỏ nh răng thanh răng

Cơ cấu lái này hiện được dùng phổ biến trên các ôtô con 4ữ5 chỗ ngồi

Cơ cấu lái này có các đặc điểm sau:

- Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ do bộ truyền nhỏ, thanh răng đóng luôn vai

trò của đòn ngang của hình thang dẫn động lái

- Bánh răng ăn khớp trực tiếp với thanh răng nên cơ cấu lái có độ nhạy,

độ chính xác cao

- Hiệu suất cao

- Toàn bộ cơ cấu lái được bao kín nên được bảo quản tốt

- Tỷ số truyền thay đổi hợp lý

10 Thanh răng còn được dẫn hướng bởi hai chi tiết dẫn hướng 2 Sự ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng còn

được điều chỉnh bởi êcu điều chỉnh 3 Hai đầu thanh răng nối với hai đòn liên kết thông qua các khớp cầu

Các đòn liên kết này nối với các đòn quay bánh xe dẫn hướng

Cơ cấu lái b ỏ nh răng thanh răng

Cấu tạo của thanh răng có các răng không đều như trên hình vẽ cúthể

tạo được tỷ số truyền thay đổi hợp lý

22.3 CƠ CẤU LÁI

Cơ cấu lái trục vít

-con lăn glôbôit

Đặc điểm cấu tạo cơ

bản của cơ cấu lái loại

này là sử dụng trục vít

glôbôit lõm ở phần giữa

1 Trục chủ động, 2 Vỏ cơ cấu, 3,7 Đệm điều chỉnh trục vít, 4,6 Vòng ngoài ổ

lăn, 5 Trục vít lõm, 8,19 Nắp cơ cấu, 9 Trục con lăn, 10 Con lăn, 11 Trục bị

động, 12 Đệm vênh, 13,22 Phớt làm kín, 14 Bạc trục bị động, 15 Vòng hãm,

16 Bulông điều chỉnh, 17 Êcu hãm, 18 Nút đổ dầu, 20 Đòn quay đứng, 21 Êcu

Trên hình vẽ làcấu tạo của cơ cấu lái dùng trên ôtô Fiat Trục vít được lắp

chặt trên trục chủ động và quay trên hai ổ lăn Con lăn ăn khớp với trục vít và

có thể quay quanh trục 11, chuyển động tinh tiến của con lăn làm trục bị động

quay Con lăn đ−ợc đỡ bởi ổ bi kim lăn trên trục 9

Cơ cấu lái trục vít - con lăn glôbôit

Cơ cấu lái trục vít - con lăn glôbôit

Do sử dụng trục vít lõm, tỷ số truyền của cơ cấu thay đổi theo góc quay của

vành lái Khi góc quay vành lái nhỏ, tỷ số truyền lớn, khi góc quay vành lái lớn, tỷ

số truyền giảm đi tuy nhiên mức độ thay đổi nhỏ Với quy luật thay đổi này, khi

quay vòng ngoặt sẽ đảm bảo được sự quay vòng nhanh chóng còn khi quay vòng

với bán kính lớn thì điều khiển được nhẹ nhàng, độ chớnh xỏc điều khiển cao

22.3 CƠ CẤU LÁI

Cơ cấu lái trục vít êcu bi - thanh răng bánh răng

Cơ cấu lái loại này thường được dùng cho các xe cỡ trung bình và cỡ lớn

Cơ cấu lái trục vít êcu bi - thanh răng bánh răng

trục vít 12 và êcu 6 ăn khớp với trục vít thông qua các viên bi 14 tạo nên bộ

truyền trục vít - êcu Phía ngoài êcu 6 có các răng tạo thành thanh răng, thanh

răng này ăn khớp với bánh răng rẻ quạt 7 (bánh răng chỉ có một số ít răng) tạo

thành bộ truyền bánh răng thanh răng Bánh răng rẻ quạt đ−ợc lắp trên trục quay

của đòn quay đứng 1

Toàn bộ bộ truyền

đ−ợc đặt trong vỏ và

làm việc trong dầu bôi

trơn Khi quay vành lái,

trục vít quay làm cho

Cơ cấu lái trục vít êcu bi - thanh răng bánh răng

Đối với loại cơ cấu lái này, tỷ số truyền có thể là hằng số hoặc thay đổi tuỳ theo

kết cấu của thanh răng và của bánh răng rẻ quạt Nếu các răng của thanh răng

và của bánh răng đều nhau (C1 = C2 = C3; D1 = D2 = D3) thì tỷ số truyền là

hằng số, nếu thanh răng và bánh răng có các răng không đều (C1 > C2 > C3; D1

< D2 <D3) thì tỷ số truyền sẽ thay đổi theo quy luật như trên hình vẽ

22.4 DẪN ĐỘNG LÁI

Hệ dẫn động lái phải đảm bảo động học đúng của các bánh xe dẫn hướng,

đảm bảo độ dơ vành lái nhỏ, giảm được các lực va đập truyền từ các bánh xe dẫn

hướng lên vành lái, vành lái bố trí phù hợp với người lái và đảm bảo an toàn thụ

động cho người lái