Bài tiểu luận hệ thống lái ô tô

Khi người lái quay vô lăng 1 để điều khiển xe, qua cơ cấu lái4 làm cho tay biên 5 quay một góc thông qua đòn kéo dọc 11 vàđòn quay cam 7 làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua cá

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Lớp: 13CĐÔ3

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại

1.1.1 Nhiệm vụ

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái

1.1.3 Phân loại hệ thống lái

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái 1.2.1 Cấu tạo

1.4 Các thông số cơ bản của hệ thống lái 18

1.4.1 Tỉ số truyền của hệ thống lái 19

CHƯƠNG II: MỘT SỐ HỆ THỐNG LÁI THÔNG DỤNG 202.1 Hệ thống lái cơ khí thông thường không trợ lực 20

Nguyên lý hoạt động: 21

2.1.3 Đánh giá về hệ thống lái cơ học loại thường ( không có trợ lực) 21

2.2 Hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển điện tử) 22

2.2.1 Khái quát hệ thống lái trợ lực 23

2.3.5 Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 35

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là một phương tiện giao thông đang dần dần phổ biến ở nước

ta Nó giữ vai trò quan trọng trong mạng lưới giao thông đường bộ

Từ khi ra đời cho đến nay, ngành công nghiệp ô tô đã trải qua nhiềugiai đoạn phát triển cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật Với sự tăng trưởng tốc độ và mật độ chuyển động của ô tô ngàynay đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính điều khiển ở mức độ cao Nhằmđảm bảo tính an toàn khi chuyển động của xe, hạn chế tối đa tai nạngiao thông xảy ra.

Hệ thống lái là một trong những hệ thống hết sức quan trong trên

ô tô Nó quyết định tới tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ôtô

Đề tài“ Nghiên cứu, phân tích và đánh giá động lực học hệ thốnglái ô tô” Với mục đích xem xét, đánh giá động lực học ô tô khi quayvòng Từ đó đưa ra những lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyểnđộng và ổn định cho xe khi chuyển hướng

Nội dung đề tài:

Chương I: Tổng quan về hệ thống lái

Trình bày về nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, cấu tạo, nguyên lýhoạt động chung của một hệ thống lái Đưa ra một số bộ phận chính

và các thông số cơ bản của hệ thống lái

Chương II: Một số hệ thống lái thông dụng

Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động một số hệ thống lái cũngnhư từng bộ phận của hệ thống lái đó Hệ thống lái thuần túy cơ khí,

hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái trợ lực có điều khiển

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI.

1.1 Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại

1.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổihướng chuyển động của ô tô khi cần thiết Có thể thay đổi hướngchuyển động bằng cách:

+ Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng (hình1-1(a))+ Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động (hình1-1(b))

+ Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên

Phương pháp quay các bánh xe dẫn hướng để quay vòng xe cơgiới được sử dụng phổ biến nhất hiện nay Phương pháp thay đổihướng momen ở các bánh xe chủ động thường áp dụng cho các loại xe

cơ giới bánh xích Đối với xe bánh xích, có thể kết hợp việc truyềnmomen khác nhau đến các bánh chủ động ở hai bên của xe với việchãm các bánh xe phía gần tâm quay vòng để quay vòng trên diện tíchrất nhỏ, thậm chí có thể quay vòng xe tại chỗ

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì hệ thống lái là hệthống quan trọng nhất

Hình 1 - 1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diệntích bé

+ Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướngtránh trượt lê gây mòn lốp

+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự độngquay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe vềtrạng thái chuyển động thẳng thì cần đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơnkhi xe đi vào đường vòng

+ Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh

xe dẫn hướng lên các vành tay lái

+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn Với xe có tốc độ lớn hơn100Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ Với xe

có tốc độ lớn nhất nằm trong khoảng (25 – 100)Km/h độ dơ vành taylái cho phép không vượt quá 27 độ

+ Giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định

+ Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô (để kết cấu của hệ thốngtreo không ảnh hưởng đến cơ cấu lái), cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹnhàng và thuận lợi

+ Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏngvẫn có thể điều khiển được xe Đảm bảo an toàn bị động của xe,không gây nên tổn thương cho người sử dụng khi bị đâm chính diện

1.1.3 Phân loại hệ thống lái

a) Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái

+ Loại cơ cấu lái đặt bên trái (dùng cho các nước có luật giao thôngqui định chiều chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luậtgiao thông đi bên phải)

+ Loại cơ cấu lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thôngqui định chiều chuyển động là bên trái)

b) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái

+ Loại trục vít- bánh vít (với cung răng con lăn và trục vít)

+ Loại trục vít đòn lắc

+ Loại liên hợp (trục vít - ê cu - cung răng)

+ Loại bánh răng - thanh răng

c) Theo số bánh dẫn hướng

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước.

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau

+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu

d) Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái.

+ Loại trợ lực lái thủy lực

+ loại trợ lực lái loại khí (khí nén hoặc chân không)

+ Loại trợ lực lái cơ khí

+ Loại trợ lực lái dùng điện

Ngoài ra hệ thống lái còn được phân ra: Hệ thống lái có trợ lực và

hệ thống lái không trợ lực Trong hệ thống lái có trợ lực lại được phân

ra hệ thống lái trợ lực không có điều khiển và hệ thống lái trợ lực cóđiều khiển điện tử

1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái

1.2.1 Cấu tạo

Hình 1 - 2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái

1.Vành tay lái (vô lăng) 6.Trụ đứng(chốt chuyển hướng)

2.Trục lái 7.Đòn quay (cam quay)

3.Ống bọc trục lái 8.Thanh bên của hình thang lái 4.Cơ cấu lái 9.Khớp cầu nối

5.Tay biên 10.Đòn ngang (thanh ngang) 11.Đòn kéo dọc

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Vành tay lái có dạng hình tròn, lực của người lái tác dụng lênvành tay lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc Trục láithường là một đòn dài (rỗng hoặc đặc) để truyền mô men quay từ vànhtay lái tới cơ cấu lái Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quaytròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của tay biên trong mặtphẳng thẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu cần thiết Cơcấu lái được bắt chặt lên xà dọc (phần được treo của ô tô) Dẫn độnglái (gồm:11,7,8,9,10) có nhiệm vụ truyền chuyển động từ cơ cấu láixuống bánh xe dẫn hướng đảm bảo tỷ số truyền nhất định và chủ yếugiữ được động học quay vòng đúng của ô tô

Khi người lái quay vô lăng (1) để điều khiển xe, qua cơ cấu lái(4) làm cho tay biên (5) quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) vàđòn quay cam (7) làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua cácđòn (8,10) của hình thang lái làm cho bánh xe dẫn hướng bên kia cũngdịch chuyển quanh trụ đứng, lệch phương chuyển động theo ý muốncủa người lái

1.3 Các bộ phận chính của hệ thống lái

1.3.1 Trục lái

Hình 1 - 3: Cấu tạo chung của trục lái Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vôlăng tới cơ cấu lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vàothân xe Đầu phía trên của trục lái chính được làm thon và xẻ hìnhrăng cưa Vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai ốc Trong trụclái có một cơ cấu hấp thụ va đập Cơ cấu này sẽ hấp thụ lực đẩy tácdụng lên người lái khi xe bị tai nạn Trục lái được gá với thân xe quamột giá đỡ kiểu dễ vỡ do vậy khi xe bị đâm trục lái có thể dễ dàng bịphá sập Đầu dưới của trục lái chính nối với cơ cấu lái bằng khớpmềm hoặc khớp các đăng để giảm thiểu việc truyền chấn động từ mặtđường qua cơ cấu lái lên vô lăng Cùng với cơ cấu hấp thụ va đập,trục lái chính trên một số xe còn có thể có một số kết cấu dùng đểkhống chế và điều chỉnh hệ thống lái: ví dụ cơ cấu khóa tay láinghiêng, cơ cấu trượt tay lái

1.3.2 Cơ cấu lái

1.3.2.1 Chức năng

Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái có chức năng :

+ Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang củadẫn động lái

+ Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quayvòng xe nhẹ nhàng hơn.

Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơbản được gọi quy ước là trục quay của cơ cấu lái và trục lắc của cơcấu lái Trục quay là đầu vào của cơ cấu lái, nó trực tiếp liên kết vớiđầu dưới của trục lái và thực hiện chuyển động quay theo chuyểnđộng của trục lái Trục lắc là đầu ra của hộp số lái nó liên kết với đònlắc chuyển hướng của dẫn động lái

1.3.2.2 Một số cơ cấu lái thường dùng

Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặptruyền động trục quay – trục lắc có thể phân biệt các kiểu cơ cấu láisau:

Cơ cấu lái trục vít - cung răng:

Hình 1 - 4: Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng

Trục quay (liên kết với trục lái) của hộp số lái kiểu trục vít - conlăn có cấu tạo giống một trục vít vô tận Trên trục lắc của hộp số lái

có một bộ phận gọi là con lăn Con lăn giống một bánh xe có ren phíangoài Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít Khi trụcvít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của nó đồng thời chuyển độngdịch chuyển dọc theo trục của trục vít Kết quả của các chuyển động

đó là chuyển động xoay của trục lắc

Hình 1 - 5: Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn

1-Trục vít, 2- Con lăn, 3- Đòn chuyển hướng của dẫn động lái

Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn được sử dụng khá phổ biếnhiện nay Ưu điểm của hộp số lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít

và con lăn có độ bền cao do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứngsuất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn và trục vít tiếp xúc với nhau,hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết tronghộp số lái

Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn lắc:

Hộp số lái kiểu trục vít - đòn lắc có trục quay của nó hoạt độngtương tự như một trục vít nhưng có mặt cắt ngang giống một trục cam

do các rãnh có độ sâu thay đổi theo chu vi, bởi vậy hộp số lái kiểunày còn gọi là kiểu cam đòn lắc Trên trục lắc của hộp số lái có gắnchi tiết gọi là đòn lắc, trên đòn lắc có các chốt Trục quay và trục lắcliên kết với nhau thông qua các chốt Khi trục vít quay theo trục lái,các chốt sẽ trượt lên, xuống trong rãnh của trục vít và làm cho đòn lắcxoay trái, phải.

Hình 1 - 6: Hộp số lái kiểu trục vít – đòn lắc1- Trục vít, 2- Đòn lắc, 3- Chốt 4- Trục lắc, 5- Đòn lắc chuyển hướng

Cơ cấu lái kiểu trục vít - đòn quay cho phép dễ dàng thay đổi tỷ

số truyền theo yêu cầu, nhưng có hiệu suất thấp và các chốt của kiểuhộp số lái này thường mòn nhanh Kiểu hộp số lái này ngày càng ítđược sử dụng trên các loại ôtô đời mới

Cơ cấu lái kiểu trục vít - ê cu – bi - cung răng:

Hình 1 - 7: Hộp số lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng

1- Trục vít, 2- Ecu, 3- Cung răng, 4- Trục lắc

5- Bi, 6- Đòn lắc chuyển hướng

Hộp số lái kiểu trục vít - ecu - bi - cung răng có trục quay là mộttrục vít, còn trục lắc tương tự như trục lắc của hộp số lái kiểu trục vít-cung răng, nhưng cung răng không ăn khớp với trục vít mà nhậnchuyển động từ trục vít thông qua ecu và các viên bi Ecu có các răngthẳng phía ngoài và các rãnh phía trong tương ứng với các rãnh trêntrục vít Các viên bi nằm trong rãnh giữa ecu và trục vít và trong ốngdẫn bao quanh ecu Khi trục vít quay các viên bi trong rãnh giữa trụcvít và ecu sẽ đẩy nhau và luân chuyển trong ống dẫn để quay trở lạirãnh, đồng thời làm cho ecu dịch chuyển dọc theo trục vít Thông quacác răng của ecu và cung răng, chuyển động tĩnh tiến của ecu đượcbiến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc

Như trên hình vẽ đã thể hiện, chiếc êcu ăn khớp với trục vít nhờcác viên bi tròn Các bi này có hai tác dụng: một là nó giảm ma sátgiữa các chi tiết nên hiệu suất cao Thứ hai, nó làm giảm độ dơ của cơcấu Độ dơ xuất hiện khi đổi chiều tay lái, nếu không có các viên bi,các răng sẽ rời nhau ra trong chốc lát gây nên độ dơ của tay lái

Kiểu bánh răng - thanh răng:

Hình 1 - 8: Hộp số lái bánh răng - thanh răng Hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng có trục quay (đầu vào)được chế tạo giống một bánh răng trên đoạn trục liên kết trục lắc (đầura) Trục lắc là một thanh răng thẳng Hai đầu của thanh răng liên kếtvới hai thanh nối bên của dẫn động lái thông qua các khớp cầu Cácrăng trên bánh răng và thanh răng liên kết với nhau Khi bánh răngquay, thanh răng sẽ chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng ngang sangtrái hoặc phải tuỳ theo chiều quay của vành tay lái Trong dẫn độnglái với hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng không có đòn lắcchuyển hướng mà thanh răng trực tiếp truyền chuyển động ngang chocác thanh nối.

1.3.3 Dẫn động lái

Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn, các thanh liên kết với nhau

để truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh xe điều khiển, đồng thời đảmbảo cho các bánh xe của ô tô quay vòng với động học đúng Bộ phậnquan trọng của dẫn động lái là hình thang lái, có nhiệm vụ đảm bảođộng học các bánh xe dẫn hướng của ô tô làm cho lốp xe không bịtrượt, lê khi lái, giảm mòn lốp Kết cấu của hình thang lái phải phùhợp với bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo để khi bánh xe dao độngthẳng đứng thì không ảnh hưởng đến động học của dẫn động lái

Cấu tạo hình thang lái điển hình (Hình 1-9)

+ Đòn lắc chuyển hướng là chi tiết liên kết với trục lắc của hộp số lái

và truyền chuyển động của trục lắc đến phần còn lại của dẫn động lái.Thông thường một đầu của đòn lắc chuyển hướng liên kết với trục lắccủa hộp số lái bằng then hoa, đầu còn lại liên kết với một đầu củathanh nối giữa bằng khớp cầu

Hình 1 - 9: Cấu tạo hình thang lái điển hình

1,4 -Đòn lắc chuyển hướng, 2-Thanh nối giữa, 3-Thanh nối bên,

5- Đòn lắc phụ, 6- Khớp cầu, 7- Vú mỡ, 8- Vòng đệm

+ Đòn lắc phụ cũng có một đầu liên kết với một đầu của thanh nối

giữa bằng khớp nối cầu, đầu còn lại được lắp trên khung ôtô thôngqua trục Đòn lắc phụ cũng thực hiện chuyển động lắc hoàn toàngiống chuyển động của đòn lắc chuyển hướng nhưng không truyềnchuyển động đó cho bất cứ bộ phận nào Nó có chức năng đỡ thanh

nối giữa ở độ cao như tại đòn lắc chuyển hướng để đảm bảo động họccủa hệ thống lái.

+ Thanh nối giữa có chức năng liên kết tất cả các bộ phận khác của

dẫn động lái với nhau Hai đầu của thanh nối giữa là hai ổ đỡ chốt cầu

để liên kết với đòn lắc chuyển hướng và đòn lắc phụ Phía giữa thanhnối giữa có hai lỗ để liên kết với hai thanh nối bên bằng các khớp cầu

+ Thanh nối bên là bộ phận trực tiếp truyền chuyển động cho đòn

chuyển hướng trên ngỗng quay của bánh xe dẫn hướng Thông thườngmỗi cơ cấu dẫn động lái có hai thanh nối bên, mỗi thanh nối bên đượccấu thành từ ba đoạn được gọi là đầu trong, đầu ngoài, và đoạn điềuchỉnh Đầu ngoài liên kết với đòn chuyển hướng Đầu trong liên kếtvới thanh nối giữa, thanh răng hoặc một bộ phận khác của ôtô tuỳthuộc vào kiểu dẫn động lái Đoạn điều chỉnh dùng để thay đổi chiềudài toàn bộ của thanh nối bên để điều chỉnh hình học lái trong quátrình kiểm tra, bảo trì gầm ôtô mà không cần phải tháo rời dẫn độnglái

Hình 1 - 10: Kết cấu của thanh nối bênb)

a)

1- Đầu ngoài của thanh nối bên, 2- Kẹp đàn hồi, 3- Đầu trong của thanh nối bên, 4- Ống điều chỉnh, 5-Bulông điều

chỉnh a) Kiểu ống, b) Kiểu bulông

Với hình (H1-10a), ống điều chỉnh có ren, các đầu của đầu trong

và đầu ngoài của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một đầu rentrái, còn đầu kia có ren phải Khi cả hai đầu đã được vặn vào ống điềuchỉnh, nếu xoay ống điều chỉnh sẽ làm cho chiều dài toàn bộ củathanh nối bên tăng lên hoặc giảm đi tuỳ theo chiều xoay của ốc điềuchỉnh Các kẹp đàn hồi có tác dụng ngăn không cho ống điều chỉnh tựxoay trong quá trình ôtô vận hành

Với hình (H1-10b) bulông điều chỉnh có ren, các đầu trong và đấungoài của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một ren trái và mộtđầu có ren phải Xoay bulông điều chỉnh sẽ làm thay đổi chiều dàitoàn bộ thanh nối bên

1.4 Các thông số cơ bản của hệ thống lái

1.4.1 Tỉ số truyền của hệ thống lái

Trong hệ thống lái có các tỉ số truyền sau:

+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái iω

+ Tỉ số truyền của dẫn động lái id

+ Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái ig

+ Tỉ số truyền lực của hệ thống lái il

Tỉ số truyền của cơ cấu lái iω

Tỉ số của góc quay của vô lăng chia cho góc quay của đòn lắcchuyển hướng Tùy theo cơ cấu lái iω có thể không đổi hoặc thay đổi

Ở loại cơ cấu lái có tỉ số truyền thay đổi, tỉ số truyền có thể tăng haygiảm khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí trung gian