đồ ántốt nghiệp đại học bách khoa đà nẵng khảo sát hệ thống lái xe ford escape

Lò xo dạng chữ S, cấu tạo cũng giống như lò xo cơ cấu treo trước phần lò xotrên đỉnh và ở đáy có đường kính nhỏ hơn.Bánh xe lắp với moay-ơ và được hãm bỡi 5 ê cu – bu lông2.2.7 Hệ thống

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI XE FORD ESCAPE

Sinh viên : Nguyễn Văn Trúc Lớp : 25 C4

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Việt Hải Giáo viên duyệt : Phan Minh Đức

Đà nẵng năm 2007

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 5

2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XE FORD ESCAPE 6

2.1 Giới thiệu chung về xe Ford Escape và thông số kỹ thuật 6

2.2 Các hệ thống chính trên xe Ford Escape 12

3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 19

3.1 Công dụng, phân loại , yêu cầu 19

3.2 Kết cấu hệ thống lái 21

3.3 Cường hoá lái 38

4 KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI XE FORD ESCAPE 45

4.1 Sơ đồ hệ thống lái xe Ford Escape 45

4.2 Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái xe FORD ESCAPE 45

4.3 Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái xe Ford Escape 46

4.4 Vật liệu chế tạo 53

5.TÍNH TOÁN KIỂM TRA HỆ THỐNG LÁI 55

5.1 Các thông số chính của hệ thống lái xe Ford Escape 55

5.2 Xác định môn men cản quay vòng của các bánh dẫn hướng 55

5.3 Xác định lực cần tác dụng lên vô lăng 59

5.4 Tính kiểm tra hình thang lái 59

6 CÁC DẠNG HƯ HỎNG, BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 64

6.1 Các dạng hư hỏng chung của hệ thống lái 64

6.2 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 65

6.3 Kiểm tra các bộ phận của hệ thống lái 65

7 BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI XE FORD ESCAPE 70

7.1 Bảo dưởng kỹ thuật hệ thống lái 70

7.2 Sửa chửa các chi tiết trong hệ thống lái 71

8 KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự của phát triển khoa học và công nghệ nói chung, ngành côngnghiệp sản xuất ô tô nói riêng đóng một vai trò quan trọng trong việc phục vụphương tiện vận chuyển hàng hoá và con người, rút ngắn thời gian đi lại

Ngày nay với sự phát triển của khoa học và công nghệ điện tử việc chế tạo

ra nhiều loại ô tô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật cao để đảm bảo vấn đề antoàn và tính cơ động cao của ô tô, do vậy mà chúng ngày càng cải tiến và hoànthiện hơn

Trên ô tô, ngoài động cơ nguồn cung cấp năng lượng chính cho xe hoạt độngthì hệ thống truyền động và điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong việc dichuyển ô tô

Với đề tài tốt nghiệp khảo sát hệ thống lái xe FORD ESCAPE

Như vậy hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe Bởivậy chức năng của hệ thống lái là giữ nguyên hoặc thay đổi hướng chuyển độngcủa xe Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớnđến sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao, do đó mà chúng đã không ngừngđược cải tiến để ngày càng hoàn thiện hơn

Đồ án tốt nghiệp này giúp cho em hệ thống lại những kiến thức đã học, nângcao tìm hiểu về các hệ thống của xe Ford Escape nói riêng và các hệ thống của ôtô nói chung, từ đó có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn

Trong tập đồ án này trang bị cho người sử dụng vận hành ô tô có nhữngkiến thức cơ bản về các hệ thống trên ô tô mà đặc biệt là hệ thống lái Nhưng trongquá trình làm việc của hệ thống lái các chi tiết sẽ bị mài mòn dẫn đến hư hỏng Vìvậy đề tài còn đề cập đến các dạng hư hỏng, biện pháp khắc phục

Trong quá trình làm đồ án không thể không tránh khỏi những sai sót xảy ra, emmong quí thấy cô đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cám ơn!

Đà nẵng, ngày 10 tháng 09 năm 2007

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Trúc

1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của ô tô khi dichuyển trên đường, có tác động lớn đến tâm lý người điều khiển Do vậy mà khithiết kế chế tạo phải tạo được tính linh hoạt cho người lái bảo đảm tính an toàn caotrong khi xe di chuyển Nên tính năng kỹ thuật đó đòi hỏi hệ thống lái làm việcthật chính xác

Trong thời gian gần đây, với nhịp điệu phát triển chung của đất nước, xe conđã thâm nhập nhiều hơn do đó nảy sinh không ít khó khăn trong khai thác, sử dụng

vì thiếu những kiến thức về cấu tạo, về sử dụng, về chẩn đoán kỹ thuật…

Do vậy mà việc bảo dưỡng sửa chữa, đòi hỏi người làm công tác kỹ thuậtphải hết sức thận trọng trong qúa trình kiểm tra, phân loại sửa chữa phục hồi chitiết

Đề tài : Khảo sát hệ thống lái xe Ford Escape nhằm đáp ứng một phần nàocủa mục đích đó Nội dung của đề tài đề cập các vấn đề sau

- Khảo sát hệ thống lái

- Tính kiểm tra

- Nguyên nhân hư hỏng, biện pháp khắc phục

Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiên cứu kết cấuvà nguyên lý làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu chung của các chitiết cũng như cụm chi tiết Sự ảnh hưởng của các chi tiết hay cụm chi tiết đến quátrình làm việc sẽ ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật Do vậy mà việc điều chỉnh,bảo dưỡng sửa chữa phải đúng theo yêu cầu kỹ thuật của nhà chế tạo đưa ra

Nên việc khảo sát đề tài về hệ thống lái giúp cho em cũng cố lại kiến thức

đi sâu vào nội dung cần nghiên cứu Từ đó mà hình thành các tài liệu giảng dạy,đào tạo nghề và giúp cho những người sử dựng phương tiện cơ giới hiểu thêm vềhệ thống lái của ô tô Đặc biệt là hệ thống lái xe con Ford Escape

2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ XE FORD ESCAPE

2.1 Giới thiệu chung về xe Ford Escape và thông số kỹ thuật

Công ty Ford Motor đã thiết kế thành công xe Ford Escape việt dã 2 cầu chủ độngvà chính thức tung ra thị trường để sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới và hiện tại đãcó mặt tại Việt Nam

Ford Escape là tập hợp những đường nét tinh xảo ở mọi chi tiết, là sự kếthợp hài hòa giữa sức mạnh và nét thanh lịch, sang trọng và tinh tế với hai tông màuvà nội thất được cao cấp, chiếc xe Ford Escape hội đủ mọi tiêu chuẩn hàng đầutrong công nghệ xe hơi như:

Động cơ xăng tiên tiến V3.0L 24 xupáp V6 với hệ thống phun EEC-V thế hệmới tạo công suất mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu với hai sự lựa chọn: 2.0L, 3.0L

Hộp số tay và tự động CD4E Đây là loại xe một cầu chủ động và đặt biệthai cầu chủ động

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) kết hợp với hệ thống phân phốilực phanh điện tử (EBD) giúp xe vận hành an toàn, ổn định trên đường trơn trượt

Bộ điều khiển động lực (PCM) thế hệ mới

Hệ thống lái trợ lực lái thủy lực và thước lái

Túi khí phía trước, túi khí cạnh bảo vệ sườn, bảo vệ đầu và bộ rút đai tựđộng cho người lái và người ngồi ghế trước

Cấu trúc khung vỏ mạnh mẽ, vửng chắn, bền bỉ, an toàn nhưng cùng vôcùng nhẹ nhàng và linh hoạt và đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa độ ồn, độ rung,độ bền, chất lượng lái và tính an toàn

Hệ thống treo tiên tiến và đồng bộ đạt độ an toàn cao, chủ động và tintưởng được giúp người lái xe tránh và vượt qua những tình huống nguy hiểm và độtngột

Cửa sổ trời điều khiển điện có thể mở hai chế độ vừa tạo dáng sang trọng,vừa mang lại cảm giác thư giản thoái mái

Hệ thống điều hòa không khí điều khiển bằng tay và điều khiển tự động Dàn CD và DVD 10 đĩa, màn hình tinh thể lỏng kết hợp với 6 loa, đem lạihình ảnh và âm thanh chân thực Hệ thống điều chỉnh âm thanh trên vô lăng rấtthuận lợi.

Trang bị hệ thống khóa cửa xe, nắp khoang động cơ, cốp xe chứa hàng, cửakính, kính chiếu hậu được điều khiển từ xa có chức năng chống trộm, bảo đảm antoàn và thuận tiện hơn

Màn hình đa thông tin hiển thị chính xác mức tiêu hao nhiên liệu tương ứngvới vị trí chân ga và tốc độ xe, giúp người lái đạt được chế độ lái tiết kiệm nhiênliệu nhất

Tất cả các hệ thống trên đều được trang bị chung cho xe Ford Escape 3.0 L

Xe Ford Escape là loại phương tiện ô tô con, do hãng Ford của Mỹ sản xuất,là một trong những tập đoàn ô tô lớn ở Mỹ Hãng xe Ford sản xuất nhiều loại ô tônhư Ford Transisit; Ford Escort; Ford Explorer 4.0 V6 4WD; Ford Crown Victoria;

… trong đó có xe Ford Escape

Hãng xe Ford đã liên kết với nước ta lắp ráp xe tại Cẩm Giang Tỉnh HảiDương, gọi là Công ty trách nhiệm hữu hạn Ford Việt nam

Các kích thước theo hình dáng xe như hình vẽ 2.1

Hình 2.1

Hình 2.2

Hình 2.3

Hình 2.4

Hình 2.5

Bảng 2.1 Thông số kích thước

03 Khoảng cách vệt bánh trước đến đầu xe 856 mm

04 Khoảng cách vệt bánh sau đến sau xe 939 mm

12 Vệt bánh xe trước

Vệt bánh xe sau

1550 mm

1530 mm

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của xe Ford Escape

Tỷ số nén

Công suất cực đại

Mô men cực đại

AJ

Vh

DS



Ne max

Me max

29676

89 79,510

200 / 6000

193 / 4850

cm3

mmmm

Kw/ v/pNm/ v/p

i2 = 1,571

i = 1

i4 = 0,698

04 Trọng lượng bản thân

Phân bố cầu trước

Phân bố cầu sau

1540930615

KGKGKG

2.2 Các hệ thống chính trên xe Ford Escape

2.2.1 Động cơ

Xe Ford escape được lắp đặt động cơ có nhãn hiệu FORD AJ, động cơ cónhững đặc điểm và thông số kỹ thuật như sau :

- Động cơ xăng 4 kỳ, dùng xup páp treo

- Nhiên liệu xăng không pha chì

- Sử dụng hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm

- Số lượng xy lanh 6

- Bố trí xy lanh dạng chữ V, 4 xupáp cho một xy lanh, dùng con đội thuỷ lực

- Truyền động cam

Hai cam hút và hai cam xả đặt trên nắp máy

Các trục cam được dẫn động bằng hai xích cam

Chiều rộng của xích cam đã được giảm xuống còn 8 mm với mục đích làmgiảm trọng lượng và cải thiện tiếng ồn

Cơ cấu tăng xích cam và bộ phận dẫn hướng cũng được cải tiến

Cơ cấu tăng xích cam bằng thủy lực

- Thứ tự nổ của động cơ : 1-4-2-5-3-6

- Động cơ được đặt nằm ngang ở phía trước xe

- Thân máy được chế tạo bằng gang, dùng sơ mi xy lanh ướt

- Nắp máy được chế tạo bằng hợp kim nhôm

Các hệ thống trên động cơ :

- Hệ thống làm mát : Làm mát bằng nước bằng phương pháp cưỡng bức,tuần hoàn kín, có quạt gió Van hằng nhiệt được điều khiển bởi bộ điều khiển PCM

- Hệ thống bôi trơn : Bôi trơn cưỡng bức, dùng bơm bánh răng

- Hệ thống đánh lửa : Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển theo CPU, dùngmô bin đôi

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu : Phun xăng điện tử nhiều điểm

Đường nhiên liệu trở về thùng ngay phía sau bầu lọc xăng Bộ giập sóng và làmgiảm tiếng ồn có đường dẫn áp suất thấp từ cổ hút đến

2.2.2 Ly hợp

Ly hợp dùng trên xe Ford escape là loại ly hợp một đĩa ma sát, lò xo épdùng loại lò xo màng, đường kính đĩa ma sát 225 mm

2.2.3 Hộp số

Hộp số dùng trên xe Ford Escape loại hộp số tự động, hộp số 4 cấp

2.2.4 Trục truyền các đăng

Dùng để truyền công suất động cơ từ trục thứ cấp hộp số đến cầu chủ động2.2.5 Cầu chủ động

Dùng để phân phối mômen ra các bánh xe chủ động

2.2.6 Phần gầm

3.2.6.1 Bánh xe và khung xe

a Bánh xe Bánh xe có kích thước P 235/ 70 R16

b Khung xeKhung xe nhằm tạo ra một cấu trúc thật bền vững cho thân xe bao gồm cácvấu, với các giá đỡ an toàn để bắt chặt hệ thống treo xe và hệ thống giảm xóc

2.2.6.2 Hệ thống treo xe

Hệ thống treo xe là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe Mốiliên kết treo xe là mối liên kết đàn hồi, gồm có các chức năng chính sau:

- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phươngthẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe.

- Truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung vỏ bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, phản lực ), lực dọc ( lực kéo hoặc lực phanh ), lực bên ( lực ly tâm, lựcgió ) mômen chủ động, mômen phanh

a Hệ thống treo xe cầu trướcHệ thống treo xe cầu trước của xe Ford escape thuộc hệ thống treođộc lập, lò xo và thanh cân bằng

Thanh cân bằng đã được lắp thẳng hàng với mục đích làm tăng vếttiếp xúc bánh xe Đường kính thanh cân bằng cũng tăng lên từ 16 mm đến 19 mm Những khớp liên kết của thanh cân bằng chế tạo bằng nhựa, điểmlắp ghép giữa thanh cân bằng và thanh liên kết bằng những bulông đặc biệt

Moayơ bánh xe trước và tay đòn dưới

Những tay đòn phía dưới với hình dáng chữ L, lực tác động ngang hoàn toàntác động lên bạc lót Bạc này được gia cố rất vững chắc

Một bộ phận bảo vệ được lắp phía trên chụp cao su của rôtuyn để ngănkhông cho nhiệt hấp thụ vào rôtuyn (nhiệt sinh ra trong khi phanh)

Cụm giảm xóc trước :

Cụm giảm xóc trước được cải tiến để phù hợp với sự thay đổi vết tiếp xúcbánh xe để cải thiện đặc tính vận hành của xe

Bát bèo (bộ phận lắp ráp đầu giảm xóc với vỏ xe) cũng được cải tiến vớimục đích làm giảm tiếng ồn từ bánh xe vào vỏ xe

Bát bèo lắp ráp với tai xe có mũi tên chỉ dẫn

Hai đầu lò xo giảm xóc có đường kính nhỏ hơn, điều này làm cho giảm xócchịu lực đều ở các phía

Giảm xóc là loại giảm xóc ống kép Đường kính ống giảm xóc tăng từ 32

mm lên 36 mm và cần giảm xóc tăng từ 20 mm lên 22 mm

b Hệ thống treo xe cầu sauHệ thống treo xe cầu sau của xe Ford Escape treo độc lập đa điểmnối.

Lò xo dạng chữ S, cấu tạo cũng giống như lò xo cơ cấu treo trước phần lò xotrên đỉnh và ở đáy có đường kính nhỏ hơn

Bánh xe lắp với moay-ơ và được hãm bỡi 5 ê cu – bu lông

2.2.7 Hệ thống lái

Hệ thống lái của xe Ford escape gồm :

- Vô lăng

- Trục lái

- Cơ cấu lái truyền động loại bánh răng – thanh răng

- Cường hoá lái hay trợ lực lái có bơm dầu trợ lực, dùng dầu cho hệ thốngtrợ lực loại dầu AFT M – III hoặc tương đương

- Hệ thống lái trợ lực trên xe Ford Escape là theo tiêu chuẩn quy định Cóhai loại thước lái, nó khác nhau về tỷ số truyền và đặc tính trợ lực, có baloại bơm trợ lực được sử dụng

- Bộ làm mát cho hệ thống lái là tiêu chuẩn chung, bộ làm mát là loại ốngcó gắn những lá tản nhiệt trên đó

- Để giảm chấn thương khi va chạm, ở phía trước của trụ lái được chèn vậtliệu xốp

- Độ cao vô-lăng có thể điều chỉnh khoảng 40 mm

- Đối với xe được trang bị hệ thống điều khiển độ ổn định bằng điện tử thìhệ thống lái được trang bị cảm biến tốc độ quay của vô-lăng

- Hệ thống lái bị tai nạn không được sửa chữa mà phải thay mới toàn bộ2.2.8 Hệ thống phanh

Hệ thống phanh có chức năng giảm tốc độ chuyển động của xe tới vận tốc chuyển động nào đó, dừng hẳn hoặc giữ xe ở một vị trí nhất định Quá trình phanh bằng cách tạo

ra ma sát giữa phần quay và phần đứng yên của xe

Hệ thống phanh dùng trên xe Ford escape thuộc loại phanh dầu ( phanh thuỷlực )

Cơ cấu phanh bánh trước dùng phanh đĩa, bánh sau dùng trống guốc

Hệ thống phanh dùng trên xe Ford Escape có trang bị bộ chống hãm cứngbánh xe gọi là ABS ( Anti – Lock Brake System )

Hệ thống này làm việc thông qua sự điều khiển của bộ trợ lực phanh

Một cảm biến gia tốc ở bộ trợ lực sẽ xác định được tốc độ chuyển động củapê-đan phanh và sau đó áp suất dầu phanh sẽ được nâng lên đến mức cần thiết đểhãm bánh xe lại trong trường hợp phanh khẩn cấp xảy ra

Với sự trợ giúp này thì khi ngay cả khi người lái xe không chuyên nghiệpcũng có thể phanh với đoạn đường phanh ngắn nhất trong điều kiện phanh khẩncấp

Bộ trợ lực phanh (EBA) được thiết kế và chế tạo cùng trong bộ trợ lực chânkhông và tổng phanh

Cơ cấu lắp ráp pê-đan phanh

Pê đan phanh có lắp một cơ cấu an toàn, cơ cấu này có thể cắt sự liên kếtgiữa pê-đan phanh và tổng bơm trong trường hợp va chạm lớn xảy ra từ phía trước

xe với mục đích là bảo vệ chân người lái xe không bị tổn thương

Khi va chạm ở một mức độ nào đó thì sự liên kết cơ khí giữa cần đẩy pistontổng bơm với pê-đan sẽ bị phá vỡ

Sự truyền lực từ pê-đan vào cần đẩy piston tổng bơm bị gián đoạn, điều nàycho phép pê-đan phanh đi xuống hết hành trình

Đòn ngắt liên kết giữa pê-đan phanh và cần đẩy piston tổng phanh được lắpráp với dầm ngang thuộc vùng táp lô Khớp nối giữa đòn này với cần đẩy piston làmột khớp quay.

Khi va chạm ở một mức độ nào đó thì khớp nối này sẽ bị quay do đòn ngắtliên kết tác động và làm gãy cần đẩy piston tổng phanh

Cảm biến tốc độ bánh xe:

Đây là loại cảm biến điện từ, để nhận và truyền tín hiệu về tốc độ bánh xecho khối điều khiển điện tử

Cảm biến tốc độ bánh xe thực chất là các máy phát điện cỡ nhỏ cấu tạo củanó gồm:

Rô to: Có dạng vòng răng được dẫn động quay từ trục bánh xe

Stator: Là cuộn dây quấn lên thanh nam châm vĩnh cửu

Cảm biến tốc độ bánh xe được sử dụng cho cả hệ thống ABS và cả hệ thốngESP (nếu có)

Vòng cảm biến nằm ở ổ bi của bánh xe, các cảm biến kiểm tra vòng theochiều hướng tâm

Dữ liệu bộ truyền tới bộ điều khiển thông qua một cáp hai dây

2.2.9 Trang bị điện trên xe

Nguồn điện :

Máy phát điện xoay chiều 12v, với bộ điều chỉnh điện áp dùng bán dẫn Aéc quy khởi động 12v, 70 Ah

Thiết bị tiêu thụ điện 12v

Giới thiệu tổng quan về hệ thống điều khiển điện tử (hệ thống GEM)

Bộ GEM sẽ điều khiển các hệ thống sau đây:

Hệ thống đèn trong xe, hệ thống đèn cảnh báo, hệ thống sấy kính sau, hệthống gạt mưa với chế độ gián đoạn, bảo vệ ắcquy, hệ thống khóa cửa, hệ thống

khóa khoang chứa hàng, hệ thống khóa trung tâm, hệ thống khóa kép, lập trình bộđiều khiển từ xa, hệ thống cảnh báo trộm, hệ thống kính điện và kính mui xe.

2.2.10 Hệ thống điều hoà không khí

Hệ thống điều hoà không khí dùng trên xe Ford Escape là một hệ thống phụcó nhiệm vụ làm sạch, làm mát, làm khô và tuần hoàn không khí bên trong xe

Máy điều hoà không khí là một hệ thống làm lạnh cơ bản, bao gồm hệ thốngphân phát khí và hệ thống điều khiển nhiệt độ Các thành phần trong hệ thống liênkết với nhau bằng các đường ống, các ống nối mềm và dây dẫn điện

Hệ thống điều hòa không khí trên xe Ford Escape sử dụng một dàn lạnhtrước được bố trí bên dưới bảng táp-lô

Ống tiết lưu nằm giữa dàn nóng và dàn lạnh

Lọc ga được lắp giữa dàn lạnh và dàn nóng

3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

Ô tô là một phương tiện vận tải đa dạng và linh hoạt được dùng vào việc vậnchuyển hàng hoá và hành khách, góp phần vào sự phát triển kinh tế

Trên ô tô bao gồm nhiều cơ cấu và hệ thống, nhưng ở đây ta chỉ khảo sát hệ thốnglái Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe Trong quátrình chuyển động trên đường hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến sự an toànchuyển động nhất là ở tốc độ cao, do đó mà chúng đã không ngừng cải thiện đểngày được hoàn hảo hơn

3.1 Công dụng, phân loại , yêu cầu

3.1.1 Công dụng

Hệ thống lái dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô bằng cách xoay haibánh dẫn hướng trước hoặc 4 bánh lái đối với loại hai dầm trước Hệ thống lái baogồm cơ cấu lái và cơ cấu dẫn động lái chức năng của cơ cấu này là giảm bớt lựcmà người lái cần phải tác dụng lên vành lái Cơ cấu dẫn động lái gồm một loạt đònbẫy và thanh kéo dùng để xoay hai bánh trước một góc phù hợp với góc quay củavành lái

Hệ thống lái nói chung bao gồm các bộ phận chính sau :

- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái : Dùng để tăng và truyền môn men do

người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái

- Dẫn động lái : Dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh

xe và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng

- Cường hoá lái : Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa Dùng

để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bênngoài

3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống lái là :

- Bảo đảm ô tô chuyển hướng chính xác

- Rung động của các bánh trước không được lan truyền lên vành lái

- Điều khiển dễ và nhẹ, lực điều khiển lớn nhất tác dụng lên vô lăng đượcquy định theo tiêu chuẩn nghành :

 Đối với xe tải và xe khách không được lớn hơn 500 N

 Đối với xe con và xe tải nhẹ không được lớn hơn 200N

- Các bánh xe hướng dẫn phải tự trả về vị trí hướng thẳng sau khi qua khúcquanh

- Bảo đảm sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và môn men quay cácbánh xe dẫn hướng cũng như sự tương đương động học giữa góc quay củavô lăng và của các bánh dẫn hướng

- Ngoài ra đối với ô tô con hiện đại theo tiêu chuẩn châu âu hệ thống láikhông được có độ rơ lớn; với xe có vận tốc > 100 km/h,độ rơ vành lái chophép không vượt quá 180 ; với xe có vận tốc (25 ÷ 100) km/h, độ rơ vànhlái không vượt quá 270

- Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vành láikhông được vượt quá 5 vòng, tương ứng với góc quay bánh xe dẫn hướngphía trong về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 350 Ở các vị trí biêncần phải có vấu tỳ hạn chế quay của bánh xe

- Với hệ thống lái có trợ lực, khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn cóthể điều khiển được xe

3.1.3 Phân loại :

+ Theo cách bố trí vô lăng chia ra :

- Vô lăng bố trí bên trái ( theo luật đi đường bên phải )

- Vô lăng bố trí bên phải ( theo luật đi đường bên trái )

+ Theo kết cấu cơ cấu lái chia ra các loại :

- Trục vít – cung răng

- Trục vít – con lăn

- Trục vít chốt quay

- Bánh răng – thanh răng

- Thanh răng liên hợp ( gồm trục vít – ê cu – bi – thanh răng – cung răng )+ Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của cường hoá lái chia ra :

- Cường hoá thuỷ lực;

- Cường hoá khí ( khí nén hoặc chân không )

- Cường hoá điện;

- Cường hoá cơ khí

+ Ngoài ra còn có thể phân loại theo số lượng các bánh xe dẫn hướng ( cácbánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay ở tất cả các cầu)

3.2 Kết cấu hệ thống lái

3.2.1 Các sơ đồ hệ thống lái

3.2.1.1 Sơ đồ hệ thống lái với cơ cấu treo phụ thuộc

Hình 3.1: Đòn ngang liên kết nằm sau dầm cầu

1/ Dầm cầu liền; 2/ Đòn ngang liên kết

v1

2

3.2.1.2 Sơ đồ hệ thống lái với cơ cấu treo độc lập

Trên hệ thống treo độc lập, số lượng đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh

xe dịch chuyển độc lập Số lượng đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ cấu lái, không gian cho phép bố trí đòn, khớp, độ cứng vững của kết cấu… nhưng vẫn bảo đảm quan hệ hình học đúng của hệ thống lái

Hình 3.2: Đòn ngang nối sau dầm cầu 1/ Đòn ngang treo; 2/ Đòn ngang nối liên kết

Qua các sơ đồ trên ta thấy nhận xét

Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc :

Trong qua trình chuyển động vết bánh xe được cố định, do vậy không xảy ramòn lốp nhanh như ở hệ thống treo độc lập

Khi chịu lực bên ( lực ly tâm, đường nghiêng, gió bên ) hai bánh liên kếtcứng hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe

Kết cấu hệ thống lái đơn giản dễ chế tạo, gía thành rẻ

1

2

Nhược điểm :

Hệ thống lái bị rung động khi một trong các bánh xe rung động

Ưu điểm của hệ thống treo độc lập :

Cho phép tăng độ võng tĩnh và động của hệ thống treo, nhờ đó tăng được độêm dịu chuyển động

Giảm được hiện tượng dao động các bánh xe dẫn hướng do hiệu ứng mômen con quay

Tăng khả năng bám đường, do đó tăng được tính điều khiển và ổn định củaxe

Nhược điểm :

Giá thành đắt, kết cấu phức tạp

Do đó ở xe Ford Escape người ta chọn hệ thống lái với cơ cấu treo độc lập.3.2.2 Các chi tiết và bộ phận chính

3.2.2.1 Vô lăng

Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng hình tròn với các nan hoa,dùng để tạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái Các nan hoacó thể bố trí đối xứng hoặc không , đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khilái

Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồicủa người lái, dao động từ 190 mm ( đối với xe du lịch cỡ nhỏ ) đến 275 mm ( đốivới xe tải và khách cỡ lớn )

3.2.2.2 Trục lái

Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từvô lăng xuống cơ cấu lái Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng củavô lăng, nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người điều khiển

3.2.2.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển độngquay tròn của vô lăng thành chuyển động góc lắc của đòn quay đứng và bảo đảmtăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu

a Các thông số đánh giá cơ bản

a.1 Tỷ số truyền động học

,  Các vận tốc góc tương ứng

i được chọn xuất phát từ điều kiện là : đảm bảo cho góc quay cần thiết củavô lăng để quay các bánh dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên khônglớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lơn hơn 3 vòng đối với ô tô tải vàkhách, nhằm đảm bảo yêu cầu động cơ cao và thuận tiện điều khiển khi xe quayvòng

Gía trị của i phụ thuộc loại và cỡ xe, thường nằm trong giới hạn (13 ÷ 22 )đối với ô tô du lịch và ( 20 ÷ 25 ) đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợpcó thể tới 40

i có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc quay của vô lăng

Cơ cấu lái có i thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không có cường hoá.Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt hơn so vớiloại cơ cấu lái có i thay đổi

Quy luật thay đổi i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ vàtính năng của xe

Quy luật thay đổi i có dạng như hình vẽ 3.3

Hình 3.3 Các quy luật thay đổi tỉ số truyền động học của cơ cấu lái

Trong phạm vi góc quay  ≤ ( 90 ÷ 120 )0, tỷ số truyền i cần phải lớn đểtăng độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng Khi xe chạytrên đường thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thốnglái làm việc với góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian, i tăng còn làmgiảm được các va đập từ mặt đường truyền lên vô lăng

Ở các góc quay  > ( 90 ÷ 120 )0, tỷ số truyền i cần phải giảm để tăng tốcđộ quay vòng, tăng tính cơ động của xe

Đối với các xe có tốc độ thấp và trọng lượng toàn bộ lớn quy luật thay đổi i

được làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thìlực cần tác dụng nhỏ

Trên các xe tốc độ rất lớn thường sử dụng quy luật đương 1 Khi đó, trongthời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khiquay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm lực được lực tác dụng.

Đối với xe có cường hoá lái thì i thường được làm không đổi (đường 3) Vìlúc này vấn đề giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá lái giải quyết

a.2 Tỷ số truyền lực

Mr ( Mdq ) : Là mô men trên trục ra ( hay trên đòn quay đứng )

Mv ( Mvl ) : Là mô men trên trục vào ( hay trên vô lăng )a.3 Hiệu suất

Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức tổng quát sau :

r r

Mv; Mr : Các mô men đầu vào và ra của cơ cấu lái;

v; r : Các tốc độ góc tương ứng ở đầu vào và ra của cơ cấu lái;

Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từtrên trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt :

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuốngbánh xe dẫn hướng

Hiệu suất thuận cần phải lớn để giảm tổn thất và giảm nhẹ lực điều khiểnHiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới đòn quayđứng lên vô lăng

Hiệu suất nghịch cần nhỏ để giảm các va đập truyền từ hệ thống chuyểnđộng lên vô lăng, tuy vậy không được quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mômen

ổn định và bánh dẫn hướng không trở về được vị trí trung gian khi bị lệch khỏi do

va đập từ mặt đường và người lái cũng mất cảm giác đường

Khi sử dụng cường hoá lái thì yêu cầu về mặt hiệu suất nghịch giảm đinhiều Lúc này cường hoá lái đảm bảo lái nhẹ, vừa dập tắt những va đập truyền từbánh xe lên

a.4 Khe hở trong cơ cấu lái

Hình 3.4 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái 1- Cơ cấu lái còn mới; 2- Cơ cấu lái đã sử dụng; 3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở

trung gian

Trên hình 3.4 biểu diễn quy luật thay đổi khe hở trong cơ cấu lái Khe hở cầnphải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với chuyển động thẳng của xe Ở vị trínày bề mặt làm việc của các chi tiết của cơ cấu lái làm việc nhiều nên cường hoálái mài mòn nhanh và khe hở tăng nhanh hơn các vị trí khác

Để điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở vị trí biên, khe hở ở các vị trí nàyđược làm tăng bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ Trong quá trình sử dụngchênh lệch khe hở giảm

3.2.2.4 Các loại cơ cấu lái thông dụng

a Loại trục vít – cung răng

1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4- Vỏ

Cơ cấu trục vít – cung răng có hai loại :

- Trục vít – cung răng đặt ở bên cạnh như hình 3.5

- Trục vít – cung răng đặt ở giữa như hình 3.6

Loại cung răng đặt bên có ưu điểm là răng trục vít và cung răng tiếp xúc với nhautrên toàn bộ chiều dài răng nên ứng suất tiếp xúc với nhau và mức độ mài mòngiảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng Cơ cấu lái này dùng thích hợp cho cácloại xe tải cỡ lớn Nhược điểm cơ bản của loại này là có hiệu suất thấp

Loại trục vít – cung răng đặt giữa bảo đảm khoảng hở ăn khớp thay đổi nhờcác bán kính khác nhau của đường sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng.Khi bị mòn khoảng hở ăn khớp tăng lên, người ta khắc phục khoảng hở này bằngcách đẩy cung răng và trục vít đến gần nhau nhưng không cho các vị trí rìa củacung răng bị kẹt

Ưu điểm của loại này là có kích thước và trọng lượng bé nhưng lại có hiệusuất thấp

Trục vít có thể có dạng hình trụ tròn hay glôbôit như hình 3.7 khi trục vít códạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng lên, dẫn đến giảm được ứng suất tiếp xúc vàmài mòn Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăngchiều dài của trục vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít – cung răng không đổi và xác định theocông thức :

i0 =

1

0

2

Z t

Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120 Khe hơ ăn khớp khi quay đònquay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên thay đổi từ ( 0,03 ÷ 0,5 ) mm Sựthay đổi khe hở này được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở củacung răng có bán kính khác nhau.

b Loại trục vít – con lăn

Cơ cấu lái loại trục vít cung răng có kết cấu như hình vẽ 3.7, được sư dụngrộng rãi trên các loại ô tô do có ưu điểm :

- Kết cấu nhỏ gọn

- Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn

- Hiệu suất thuận th = 0,77 ÷ 0,82

- Hiệu suất nghịch ng = 0,6

- Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn được bố trílệch với đường trục của trục vít một khoảng ( 5÷ 7 ) mm Khi dịch chuyển con lăndọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vítsẽ thay đổi, do đó khe hở ăn khớp cũng sẽ thay đổi

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên thực hiện bằngcách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia củatrục vít O1 một lượng x =( 2,5 ÷ 5 ) mm

Hình 3.7 Cơ cấu lái trục vít glôbôit – con lăn hai vành 1- Trục đòn quay đứng; 2,6- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5-

Trục vít; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thứcsau :

i =

1

2

Z t

R K

 =

0 1

0

2

R

R Z t

t - Bước của mối răng trục vít;

Z1 - Số đường ren trục vít;

RK - Bán kính vòng tiếp xúc giữa con lăn và trục vít ( khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng )

R0 - Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít

i0 - Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít

Theo công thức trên ta thấy i thay đổi theo góc quay trục vít Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ ( 5 ÷ 7)% ( từ vị trí giửa ra vị trí biên ) Nên có thể coi như i = const

c Loại trục vít – chốt quay

Thể hiện kết cấu như hình vẽ 3.8

Hình 3.8 Loại trục vít – chốt quay

Ưu điểm :

- Có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi theo qui luật bất kỳ

nhờ cách cắt trục vít khác nhau Vì thế cơ cấu lái loại này dùng nhiều ở hệ thống

- Hiệu suất thuận và nghịch của cơ cấu lái loại này vào khoảng 0,7.

Nhược điểm :

- Chế tạo phức tạp, tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái được xác định theo công thức :

i = 2 2 cos

t R

Ở đây :

 : Góc quay của đòn quay đứng

R2 : Bán kính đòn đặt chốt

d Loại bánh răng – thanh răng

Kết cấu cơ cấu lái loại này như hình vẽ 3.9

Hình 3.9 Cơ cấu bánh răng – thanh răng

1- Bánh răng; 2- Thanh răng

Bánh răng có thể có răng thẳng hay nghiêng Thanh răng trượt trong các ống dẫn hướng Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, thanh răng được ép đến bánh răng bằng lò xo

Ưu điểm :

- Cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng có i nhỏ nên rất nhạy Vì thế nóđược sử dụng rộng rãi trên các xe đua và thể thao cũng như xe du lịch cỡ nhỏ.

- Hiệu suất cao, kết cấu nhỏ gọn, chế tạo đơn giản, giá thành rẻ

Nhược điểm :

- Lực điều khiển lớn

- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc

- Nhạy cảm với va đập do ma sát nhỏ ( hiệu suất nghịch thấp )

e Loại liên hợp

Thường dùng nhất loại trục vít – ê cu – bi – thanh răng – cung răng

Có kết cấu như hình vẽ 3.10

Hình 3.10 Cơ cấu lái liên hợp trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng

1- Trục cung răng; 2- Vít điều chỉnh; 3- Đệm tỳ; 4- Các ống dẫn hướng bi;

5- Ê cu; 6- Trục vít; 7- Ống lót; 8- Bu lông; 9- Nắp

Eâcu 5 được lắp trên trục vít 6 qua các viên bi ( khoảng 90 ÷ 120 viên bi,đường kính db = 7 ÷ 9 mm ) nằm trên các rãnh ren của trục vít Nhờ đó mà ma sáttrượt được thay bằng ma sát lăn.

Phần dưới của ê cu cắt răng tạo thành thanh răng, ăn khớp với cung răng lắptrên trục 1

Tỷ số truyền của cơ cấu lái này không đổi và được xác định theo công thức

i = 2t R2

Ở đây : t – Bước trục vít;

R2 – Bán kính vòng chia cung răng

Ưu điểm :

- Hiệu suất cao th = 0,7 ÷ 0,8; ng = 0,85 Do ng lớn hơn nên khi lái xetrên đường xấu người lái sẽ rất vất vả nhưng bù lại xe có tính ổn định vềhướng cao khi chuyển động thẳng Hơn nữa, khi sử dụng với cường hoáthì nhược điểm ng lớn không quan trọng, do cường hoá có tác dụng giảmbớt va đập truyền từ bánh xe lên vô lăng

- Có độ bền và tuổi thọ cao, vì vậy thường được sử dụng trên các xe cỡlớn

Nhược điểm :

Kết cấu phức tạp, giá thành đắt

3.2.2.5 Dẫn động lái

Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến cácbánh xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng.a.Các thông số đánh giá cơ bản

a.1 Tỷ số tuyền động học

idd =

ph

tr d d

Ở đây : tr; ph – Các góc quay tương ứng của cam quay trái và phải

 - Góc quay của đòn quay đứng.

a.2 Tỷ số truyền lực

iddF =

dq

M

M

Ở đây : M Mômen tổng tác dụng lên cam quay của các bánh xe dẫn hướng;

Mdq Mômen trên đòn quay đứng

Tỷ số truyền của dẫn động lái nói chung thay đổi, do sự thay đổi cánh tayđòn của các thanh đòn Ngoài ra do sự bất đối xứng của dẫn động, tỷ số truyền còncó thể khác nhau khi xe quay trái hoặc phải

a.3 Hiệu suất

Hiệu suất của hệ thống lái  = cc dd = 0,7 ÷ 0,8

Ở đây : cc – Hiệu suất của cơ cấu lái

dd – Hiệu suất dẫn động của cơ cấu lái

b Hình thang lái

Hình thang lái là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái Hình thang láingoài nhiệm vụ truyền lực còn có nhiệm vụ bảo đảm động học quay vòng đúng chocác bánh xe dẫn hướng, mục đích làm cho các bánh xe khỏi bị trượt lê khi quayvòng làm giảm sự mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn định củaxe

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau Đòn ngang của hình thanglái có thể cắt rời hay liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc Nhưngdù trường hợp nào thì kết cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động họcbộ phận hướng của hệ thống treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe khôngảnh hưởng đến động học của dẫn động lái, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướngquanh trục quay

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việcchọn các thông số kỷ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn độngnhờ sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở.

Sơ đồ hình thang lái như hình vẽ 3.11

Hình 3.11 Hình thang lái bố trí sau dầm cầu

Hình 3.12 Hình thang lái bố trí trước dầm cầu

v

v

Hình 3.13.Hình thang lái bố trí theo cơ cấu treo độc lập có cơ cấu bánh răng –

thanh răng

3.3 Cường hoá lái

3.3.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

3.3.1.1 Công dụng

Trên các ô tô tải trọng lớn,xe du lịch cao cấp và các xe khách hay máy kéobánh bơm hiện đại thường có trang bị cường hoá lái đẻ giảm nhẹ lực điều khiểncho người lái

Tăng tính an toàn cho người điều khiển xe ở tốc độ cao khi bị nổ lốp, giữđược ô tô trên đường mà không bị lao về một bên

3.3.1.2 Phân loại

Theo dạng nguồn năng lượng

+ Cường hoá thuỷ lực+ Cường hoá khí nén+ Cường hoá điện