nghiên cứu hệ thống trợ lực låi điện tử trên ô tô (hệ thống trợ lực lái điện)

Mục đích yêu cầu : Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt đường nhỏ.Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng phải tự động quay về trạng thái chuyển đ

BỘ GI•O DỤC Vƒ ĐƒO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA C‹NG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHI•N CỨU HỆ THỐNG TRỢ LỰC

L•I ĐIỆN TỬ TR•N ‹T‹

(HỆ THỐNG TRỢ LỰC L•I ĐIỆN)

Ng€nh: Cơ kh‚ giao thƒng – Kh…a: 35

Thšng 4/2013

L ời cảm ơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Học kỳ: II (Năm học: 2012- 2013)

1 Tên đề tài thực hiện: Nghiên cứu hệ thống trợ lực lái điện tử trên ôtô

2 Họ tên cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Nhựt Duy

3 Họ tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Vinh 1092279

4 Đặt vấn đề:

Ngày nay, ngành ôtô đóng vai trò chủ đại trong chiến lược phát trển kinh tế của các quốc gia phát triển và đang phát triển Các doanh nghiệp lớn trong lĩnh vực này đã đưa ra nhiều nghiêng cứu công nghệ mới nhầm tối ưu hóa chiếc ôtô mà họ sản xuất ra Xã hội ngày càng phát triển cũng đặt ra nhiều yêu cầu mới trong lĩnh vực phát triển ôtô Ôtô cần phải có chất lượng tốt hơn, độ an toàn cao hơn, công suất cao hơn

Cho nên trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhà nước

ta chủ trương đẩy mạnh nghành công nghiệp ô tô và đã có 14 liên doanh ôtô Việt Nam hoạt động và đã đưa ra thị trường nhiều loại xe có chất lượng cao ứng dụng các tiến bộ khoa học và công nghệ tiên tiến Trong đó hệ thống lái ôtô là một ví dụ

5 Mục đích yêu cầu :

Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt đường nhỏ.Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần tác động lên vành tay lái một lực nhỏ hơn lực tác động khi lái xe vào đường vòng Đối với hệ thống lái có trợ lực, phải cho phép điều khiển được xe khi

7 Giới thiệu trung về thực trạng có liên quan tới vấn đề trong đề tài: Do ngày

nay xã hội càng phát triển con người còn có những phương tiện đạt yêu cầu công nghệ cao Ít tốn công sức khi vận hành xe, làm cho người lái thấy thoải máy nên hãng Toyota đã và đang phát triển hệ thống trợ lực lái trên ôtô hiện đại

8 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài :

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiễn

1.6 Bố cục của đồ án

Chương II Động lực học quay vòng ôtô

2.1 Quá trình quay vòng ôtô

2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng

2.3 Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô quay vòng

2.4 Xét sự quay vòng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp

2.5 Các trường hợp quay vòng

2.6 Ổn định khi quay vòng

L ời cảm ơn

Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống lái

3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô

3.2 Điều kiện không trượt quay vòng

3.3 Hình học lái

3.3.1 Góc camber (góc doing bánh xe)

3.3.2 Góc nghiêng dọc của chốt chuyển hướng hay trục xoay(caster)

3.3.3 Góc nghiêng ngang của trục chuyển hướng

3.3.4 Độ chụm-bẹt đầu xe( toe im-toe out)

3.3.5 Góc tổng hợp

3.4 Trợ lực lái

3.4.1 Yêu cầu hệ thống trợ lực

3.5 Các hệ thống trợ lực lái trên ôtô

3.5.1 Hệ thống lái trơ lực thủy lực

3.5.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực – điện

3.5.3.Hệ thống lái trợ lực môtơ điện

Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái

4.1 Yêu cầu của hệ thống lái

Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử

5.1 Khái niệm chung về hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử

5.2 Phân tích các hệ thống trợ lực lái

5.3 Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử

5.3.3.2 Bộ cảm biến tốc độ xe (vehiche speed sensor)

5.3.3.3 Bộ cảm biến góc bánh lái (steering wheel rotion sensor)

5.3.4 Hộp số lái

5.4 Hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS

5.5 Những ưu điểm của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS

5.6 Hệ thống trợ lực điện ( EPS )

5.6.1 Giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện(EPS)

5.6.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống EPS

5.6.3 Các dạng bố trí trợ lực lái

5.6.2.1 Bộ trợ lực lái trên thanh răng (Campry, Lexus)

5.6.3.2 Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái

Chương VI Đặc điểm bảo dưỡng, sửa chữa trợ lực lái điện

6.1 Qui trình sử lý sự cố

6.2 Chuẩn hóa cho cảm biến momen

6.3 Tháo lắp bộ điều khiển điện tử EPS

6.4 Một số hư hỏng biện pháp khắc phục

Chương VII Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái

7.1 Giới thiệu và trình bài nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS 7.2 Xây dựng và xây dựng lưu đồ thuật toán

7.3 Xây dựng phần cứng tương ứng

Chương VIII Kết luận và kiến nghị

Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử

Chương VI Đặc điểm bảo dưỡng, sửa chữa phần trợ lực lái

L ời cảm ơn

16,17 15/4/2013-

L ời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình học tập tại trường Đại học Cần Thơ, em đã học được rất nhiều kiến thức quý báu không chỉ trong chuyên ngành của mình mà còn từ những lĩnh vực khác

Em xin cam ơn tất cả các thầy trong khoa công nghệ nói chung và bộ môn kỹ thuật cơ khí nói riêng đã giúp cho em có các kiến thức quí báo về ôtô

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Nhựt Duy đã hướng dẫn tận tình, sửa chữa những sai sót, những mặt hạn chế và còn thiếu sót của em trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài tốt nghiệp này

Sau cùng em xin kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, công tác tốt Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày …tháng … năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thế Vinh

Tóm t ắt đề tài

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Mục tiêu:

- Nắm vững kiến thức về đặc tính của hệ thống trợ lực trợ lái

- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống trợ lực lái điện trên ôtô hiện đại

- Phân tích ưu nhược điểm cả các hệ thống trợ lực lái điện tử

- Tìm hiểu cách khắc phục sự cố hư hổng của trợ lực lái điện tử

- Phân tích hiệu quả của việc sử dụng hệ thống trợ lực lái

Phương pháp nghiên cứu:

- Thu thập các tài liệu từ các hội thảo, hội nghị trong nước và quốc tế

- Tham khảo các nghiên cứu, báo cáo có liên quan

- Sử dụng các tư liệu, sách chuyên ngành cơ khí

- Tra cứu tài liệu từ các bài báo, tạp chí trên Internet

Nội dung báo cáo:

- Chương 1 Mở đầu

- Chương 2 Động lực học quay vòng

- Chương 3 Phân tích thông số trong hệ thống lái

- Chương 4 Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái

- Chương 5 Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử

- Chương 6 Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện

- Chương 7 Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái

- Chương 8 Kết luận và kiến nghị

L ời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay giao thông ở nước ta giữ một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế và đời sống xã hội, mà ôtô là một phương tiện giao thông phổ biến nhất

Trong những năm gần đây nghành vận tải ôtô phát triển với tốc độ cao, nhiều kiểu dáng mẫu mã hợp thị hiếu khách hàng Ở Việt Nam xe hơi đã bắt đầu được sử dụng rộng dãi Tuy nhiên nhu cầu đi lại của con người vẫn chưa được thỏa mãn Do vậy các hãng sản xuất xe không ngừng cải tiến, ứng dụng đưa những thành tựu khoa học kĩ thuật và nghành thiết kế và chế tạo ôtô nhằm làm tăng công suất, tốc độ và giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải…Những cải tiến trên là nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người và những quy định khắt khe về

ô nhiễm môi trường

Với tốc độ giao thông như hiện nay thì việc đảm bảo an toàn cho con người

là điều rất quan trọng vì vậy đòi hỏi các ôtô phải có hệ thống điều khiển đáng tin cậy và an toàn

Với mục đích làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, củng cố mở rộng

thêm kiến thức chuyên môn Em đã được giao đề tài: “ Phân tích hệ thống trợ lực

lái điều khiển điện tử trên xe du lịch đời mới.”

M ục Lục

MỤC LỤC

Lời cảm ơn .1

Tóm tắt đề tài 2

Lời nói đầu 3

Chương 1 Mở đầu 4

1.1 Lý do chọn đề tài 4

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 4

1.3 Giới hạn đề tài 5

1.4 Phương pháp nghiên cứu 5

1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiển 5

1.6 Bố cục của đồ án 6

Chương 2 Động lực học quay vòng của ôtô……….7

2.1 Quá trình quay vòng ôtô 7

2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng 9

2.3 Các lực tác dụng lên ôtô khi ôtô quay vòng 10

2.4 Xét sự quay vòng của bánh xe khi tính đến sự biến dạng của lốp 11

2.5 Các trường hợp quay vòng 11

2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính 11

2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu 12

2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa 13

2.6 Ổn định khi quay vòng 13

Chương 3 Phân tích các thông số trong hệ thống lái 16

3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô 16

3.2 Điều kiện quay vòng không trượt 17

3.3 Hình học lái 19

3.3.1 Góc camber 19

3.3.2 Góc nghiêng dọc 21

3.3.3 Góc nghiêng ngang của trục chuyển hướng 23

3.3.4 Độ chụm bẹt đầu xe 24

M ục Lục

3.3.5 Góc tổng hợp 24

3.3.6 Bán kính trục quay xe 24

3.4 Trợ lực lái 25

3.4.1 Yêu cầu hệ thống trợ lực 25

3.5 Các hệ thống trợ lực lái trên ôtô 27

3.5.1 Hệ thống thủy lực 27

3.5.2 Hệ thống trợ lực lái thủy lực – điện 29

3.5.3 Hệ thống trợ lực lái môtơ điện 29

Chương 4 Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái 32

4.1 Yêu cầu của hệ thống lái 32

4.2 Lực cản khi quay vòng 33

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi quay vòng 37

4.3.1 Tốc độ chuyển động 37

4.3.2 Trọng lực thẳng đứng tác dụng lên cầu xe dẫn hướng 42

4.3.3 Hệ số bám φ 43

Chương 5 Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử 46

5.1 Khái niệm chung về hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 46

5.2 Phân loại các hệ thống trợ lực lái 46

5.3 Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 49

5.3.1 Van xoay phân phối 49

5.3.2 Bơm thủy lực 50

5.3.3 Hệ thống cảm biến lái trợ lực điện tửu 54

5.3.3.1 Bộ cảm biến lái 54

5.3.3.2 Cảm biến tốc độ xe VSS 57

5.3.3.3 Cảm biến tốc độ góc bánh lái SWRS 57

5.3.4 Hộp số lái 57

5.4 Hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS 60

5.5 Những ưu điểm của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS 62

5.6 Hệ thống trợ lực lái điện EPS 66

5.6.1 Giới thiệu về hệ thống trợ lực lái điện EPS 66

5.6.2 Các dạng bố trí trợ lực lái 69

5.6.2.1 Bộ trợ lực lái trên thanh răng ( Campru, Lexus ) 69

M ục Lục

5.6.2.2 Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái 73

Chương 6 Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa phần trợ lực lái điện 75

6.1 Qui trình xử lý sự cố 75

6.2 Chuẩn hóa cho cảm biến mômen 76

6.2.1 Chuẩn “ không ” cho cảm biến mô men bằng thiết bị thử thông minh 76

6.2.2 Chuẩn “ không ” cho cảm biến mômen bằng thiết bị thử cầm tay STT 76

6.3 Tháo lắp bộ điều khiển điện tử ECU 77

6.3.1 Tháo 77

6.3.2 Lắp 78 6.4 M Chương 7 Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái 82

7.1 Giới thiệu và trình bài nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS 79

7.2 Xây dựng và giải thích lưu đồ thuật toán 79

7.3 Xây dựng phần cứng tương ứng 84

Chương 8 Kết luận và kiến nghị 86

8.1 Kết luận 86

8.2 Kiến nghị 87

Tài liệu tham khảo 88

Cho nên trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhà nước

ta chủ trương đẩy mạnh nghành công nghiệp ôtô, đã có 14 liên doanh ôtô Việt Nam hoạt động và đã đưa ra thị trường nhiều loại xe có chất lượng cao Ứng dụng các tiến bộ khoa học và công nghệ tiên tiến Trong đó hệ thống lái ôtô là một ví dụ

Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ôtô, đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của ôtô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao Do đó người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó Xuất phát

từ những yêu cầu và đặc điểm đó

Đây là một lĩnh vực khá mới mẻ, phức tạp đòi hỏi các kiến thức về điện tử - tin học, cơ điện tử và chưa có nhiều tài liệu tham khảo

Cho nên em chọn đề tài nghiên cứu về hệ thống trợ lực lái điện để tìm hiểu sâu hơn về hệ thống trợ lực lái điện

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:

Mục tiêu của đề tài :

Mục tiêu tổng quát : Hệ thống trợ lực lái điều khiển bằng điện tử

Mục tiêu cụ thể :

- Phân tích các thông số và động lực học quay vòng

- Phân tích trợ lực lái điện tử

Ch ương 1: Mở đầu

Nhiệm vụ của đề tài:

Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt đường nhỏ

Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần tác động lên vành lái ôtô lực nhỏ hơn lực tác động khi láo xe vào đường vòng

Đối với hệ thống lái có trợ lực, phải cho phép điều khiển được xe khi hệ thống trợ lực có sự cố

Một số nước còn qui định một số yêu cầu cụ thể khác đối với hệ thống lái của ôtô:

- Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vành tay láo không được quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong

về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35 độ

- Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10km/h, lực đặt trên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N

- Đảm bảo khả năng bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người sử dụng khi bị va đập chính diện

1.3 Giới hạn đề tài

Hệ thống trợ lực lái điện tử trên xe ôtô TOYOTA

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu kết cấu chính của hệ thống lái trợ lực điện

Kiểm nghiệm kết cấu trợ lực điện

1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiễn

- Điểm mới của luận văn:

Hệ thống điện EPS (Electric Power Steering) bố trí: giữa vành lái với hộp số truyền một bộ cảm biến 4 (góc quay và mô men trên vành lái), giữa hộp số truyền

và cơ cấu lái bố trí cảm biến mô men cản bánh xe dẫn hướng đặt lên CCL

Chương trình điều khiển môtơ DC bao hàm các trạng thái cụ thể của kết cấu theo các tiêu chí: tốc độ ôtô, đặc tính quay vòng tĩnh của ôtô, đặc tính quay vòng

- Giá trị thực tiễn:

Không gây tổn hao công suất động cơ thường xuyên, trợ lực điện chỉ đòi hỏi năng lượng cần thiết khi quay vôlăng Xe được trang bị hệ thống này tiết kiệm được 3% nhiên liệu so với xe dùng trợ lực dầu

Trợ lực điện có giá thành hạ, cấu tạo đơn giản: môtơ, bánh răng và một vài cảm biến Kết cấu gọn nhẹ này có thể dễ dàng đặt dưới capô bất kỳ xe nào Trong trường hợp trợ lực điện bị hỏng, lực xoay vô lăng chỉ như xe không trợ lực lái, chứ không quá nặng như trường hợp hỏng trợ lực dầu

Ưu điểm lớn nhất của trợ lực điện là đảm bảo được sự chính xác và nhẹ nhàng của tay lái Ví dụ như xe Fiat Punto, hệ thống này có 2 chế độ làm việc, ở chế

độ "Thành phố" nó hoạt động tối đa để giúp tài xế cơ động với tốc độ thấp hay khi

đỗ xe Với chế độ "Bình thường", trợ lực sẽ giảm xuống mức tối thiểu nhằm đảm bảo độ chính xác và cảm nhận tốt nhất cho người lái Chỉ với một nút bấm, người ta

có thể dễ dàng chuyển đổi qua lại giữa 2 chế độ Nếu tài xế để quên chế độ "Thành phố" khi chạy trên xa lộ, thiết bị điện tử sẽ tự động chuyển sang chế độ "Bình thường" khi tốc độ xe vượt quá 70 km/h, sau một thời gian nhất định

Trên ôtô, nhiều thiết bị trước đây được coi là xa xỉ như compac disc, kính điện, sưởi gương bây giờ đã là tiêu chuẩn của các xe thông thường Trong tương lai gần, cơ cấu hỗ trợ tay lái bằng thủy lực sẽ phải nhường chỗ cho trợ lực điện, vì

sự ưu việt của hệ thống này là không thể phủ nhận

1.6 Bố cục của đồ án

Luận văn gồm 8 chương:

Chương II Động lực học quay vòng ôtô

Chương III Phân tích các thông số trong hệ thống lái

Chương IV Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống lái

Chương V Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử

Chương VI Đặc điểm bảo dưỡng, sửa chữa phần trợ lực lái điện

Chương VII Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái

Chương VIII Kết luận và kiến nghị

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

j

to a

θ

v

v

tA c

j

dA c

2.1 Quá trình quay vòng ôtô

Để thực hiện quay vòng ôtô và máy

kéo bánh xe, người ta có thể sử dụng một

trong các biện pháp sau:

mômen quay có các trị số khác nhau tới

các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải

và bên trái, đồng thời sử dụng thêm phanh

để hãm các bánh xe phía trong so với tâm

quay vòng khi cần quay vòng ngoặt Biện

pháp này thường được sử dụng ở những

chủng loại máy kéo bánh xe cỡ lớn với các

bánh đều là chủ động

Bi ện pháp thứ ba: kết hợp cả hai

biện pháp nói trên và quay vòng phần

khung phía trước Biện pháp này thường

sử dụng ở loại máy kéo bánh xe có khung

Trên Hình 2.1 biểu thị động học quay vòng của ôtô và máy kéo bánh xe có

hai bánh dẫn hướng phía trước Khi xe vào đường vòng , để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm

đó chính là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O trên Hình 2.1)

Từ sơ đồ trên Hình 2.1, ta rút ra được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc

quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt khi xe vào đường vòng:

Ở đây:

1

cot θg - cot θg 2=

L B

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

1

θ và θ2 - góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng của xe;

B – khoảng cách giữa hai đường tâm trụ quay đứng

L – chiều dài cơ sở của xe

Với biểu thức (2-1) ta có thể xây dựng đường cong lý thuyết θ1=f( )θ2

(Hình 2.2)

Hình 2.2 Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối quan hệ giữa các góc quay vòng

c ủa hai bánh xe dẫn hướng

Như vậy, về phương diện lý thuyết để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn tinh (không bị trượt) khi xe vào đường vòng thì hiệu cotg của các góc quay vòng bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong, phải luôn luôn bằng hằng số B/L

Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh xe dẫn hướng, trên các ôtô-máy kéo bánh xe hiện nay người ta thường phải sử dụng một hệ thống các khâu khớp tạo nên hình thang lái

Hình thang lái đơn giản về mặt kết cấu nhưng không đảm bảo được mối quan

hệ chính xác giữa những góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng như nêu trong

biểu thức (2-1) Mức độ sai khác này phụ thuộc vào việc chọn lựa kích thước của

các khâu tạo nên hình thang lái

o 1

θ

o 2

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vòng

Trong quá trình chuyển động của ôtô, bánh dẫn hướng chịu tác dụng các lực như sau:

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

Qua đồ thị bên ta thấy, nếu góc dẫn hướng trong thực tế lớn hơn so với tính toán thì bánh xe dẫn hướng chỉ bị trượt ngang chứ không lăn theo hướng chuyển động khi quay vòng

2.3 Các lực tác dụng lên ôtô khi ôtô quay vòng

Khi ô tô chuyển động trên đường cong có bán kính qua trọng tâm xe là sẽ tạo ra lực ly tâm Plt và lực ly tâm này sẽ có thành phần Py vuông góc với khung xe

và gây mất ổn định cho xe khi quay vòng

Jy : gia tốc hướng tâm

Hình 2.5 Các l ực tác dụng khi ô tô quay vòng

V R

α θ

ρ ′ =

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

=

α

Cos

θ ρ α

.

L s R

=

=

Jy=

f b V L V L

L V

).

L θ (

θ 2

2 2

′ +

ρ θ ρ ρ

.

θ θ

θ θ

= G V b V b V J

Hình 2.6 S ự quay vòng của xe có lốp đàn hồi

Khi xe chuyển động quay vòng, thành phần lực ngang Py và do sự đàn hồi của lốp, thì sự quay vòng sẽ làm lốp bị biến dạng

1

δ : là góc biến dạng bánh xe cầu trước

2

δ : là góc biến dạng bánh xe cầu sau

Ot: tâm quay vòng tức thời khi có biến dạng

Rd: bán kính quay vòng tức thời

L=BC+AC=Ot.C.tgδ2+Ot.C.tg( θ -δ1)=Rd.tgδ2+Rd.tg( θ -δ2)

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

Rd =

) - ( 1

δ tg tg

L

+ , Vì δ1,δ2,θ bé nên tgδ2≈δ1

Vậy Rd=

) - ( δ2 δ1

θ +

L

2.5 Các trường hợp quay vòng

2.5.1 Trường hợp quay vòng trung tính δ1 = δ2 => R = R0

Đây là trường hợp xe có tính năng quay vòng định mức Ở trường hợp này

để giữa cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác dụng thì người lái cần quay vành tay lái như thế nào để xe lệch khỏi trục một góc δ = δ1 = δ2

Khi ô tô đang chuyển động thẳng θ =0 Nếu xuất hiện δ1 = δ2thì ôtô sẽ chuyển động xiên theo phương dọc một góc δ và như vậy người lái có thể dùng vô lăng để điều chỉnh quỹ đạo chuyển động

Hình 2.7 Tr ường hợp quay vòng trung tính

2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu

Trường hợp δ1>δ2xe có tính năng quay vòng thiếu ( Hình 2-7 ) Ở trường

hợp này xe có khả năng tự giữ được hướng chuyển động thẳng nhờ lực ly tâm P ltcó chiều ngược với chiều tác động của lực Y

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

Hình 2.8 Tr ường hợp quay vòng thiếu

2.5.3 Trường hợp quay vòng thừa

Hình 2.9 Tr ường hợp quay vòng thừa

Trường hợp δ1<δ2xe có tính năng quay vòng thừa (Hình 2.8) Ở trường

hợp này xe bị mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm P lt

trùng với chiều của lực tác động Y Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc của xe càng cao, vì lực ly tâm tỷ lệ bậc hai với vận tốc Để tránh khả năng lật đổ xe trong

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

trường hợp này, người lái phải nhanh chóng đánh tay lái theo hướng ngược lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng

2.6 Ổn định khi quay vòng

Ta chỉ đề cập tới tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng Tính ổn định dẫn hướng được hiểu là khả năng của chúng giữ được vị trí ban đầu ứng với khi xe chuyển động thẳng và tự quay trở về vị trí này sau khi bị lệch

Nhờ tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng và tải trọng tác dụng lên hệ thống lái được giảm đáng kể

Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thành phần phản lực thẳng đứng, lực bên và lực tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi

xe chuyển động

Ba nhân tố sau đây đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng:

+ Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay

+ Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay

+ Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang

Khi trục đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên trục trước của xe sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định cho các bánh dẫn hướng Thông thường xem mặt đường là tuyệt đối cứng, khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của xe sẽ được nâng lên Hình bên cho thấy trục quay đứng đặt nghiêng ngang một góc θ Nếu xem như bánh xe không có góc camber ta có thể phân phản lực thẳng đứng Zb làm hai thành phần: Zbcosβ và Zbsinβ như Hình 2.10

Hình 2.10 Góc nghiêng c ủa trục quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe

Moment ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng là MZβ = Zblsinβsinα Trong đó l

là khoảng cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới đường tâm trụ đứng

Ch ương 2: Động lực học quay vòng của ôtô

Moment ổn định MZβ tăng lên cùng với sự tăng của góc quay vòng α của bánh xe dẫn hướng, MZβ nhỏ và ảnh hưởng của nó tới tính ổn định không lớn Moment này có ý nghĩa chủ yếu là làm cho bánh xe dẫn hướng tự động quay về vị trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng

Khi quay vòng bánh xe dẫn hướng, moment MZβ sẽ chống lại sự quay vòng,

vì vậy cần phải tăng thêm lực tác dụng lên vành tay lái Mặt khác, nhờ độ nghiêng ngang của trụ đứng mà moment do phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe

sẽ giãm xuống.vì cánh tay đoàn của nó được giảm đi

Trị số của góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ôtô hiện nay thường dao động trong giới hạn từ 0o đến 8o

Ngoài ra, trụ đứng còn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển động tiến của xe Dưới tác dụng của lực ly tâm khi xe vào đường vòng, lực gió ngang hoặc lực nghiêng ngang của thùng xe khi xe chạy trên mặt đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc γ so với chiều tiến của xe thì phản lực ngang Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc O một moment ổn định

MYγ = Yb.C Moment này có xu hướng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệch khỏi vị trí này Vì C = rbsinγ, xem (Hình 2-10) nên mômen ổn

định có thể viết dưới dạng sau:

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ TRONG HỆ THỐNG LÁI

3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô

Hệ thông lái là một loại cơ cấu truyền chuyển động từ vành tay lái đến đòn chuyển hướng tại bánh xe dẫn hướng Trong phạm vi hệ thống lái có thể phân biệt các tỷ số truyền sau

Tỷ số truyền của hộp số lái ( LL1 ) : Là tỷ số truyền của góc quay của vành tay lái chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng

Tỷ số truyền của hộp số lái có thể có trị số cố định hoặc có thể tăng hoặc giảm khi vành tay lái được quay khỏi vị trí trung gian

Đối với xe du lịch sẽ có lợi hơn nếu sử dụng hộp số lái với tỷ số truyền thay đổi Điều này làm tăng tính an toàn khi ôtô chạy nhanh , vì khi vành tay lái dược quay một góc nhỏ thì các bánh xe dẫn hướng xoay ít hơn Ngoài ra với tỷ số truyền của hộp số lái cao thì sự rung động của các bánh xe dẫn hướng ở tốc độ cao sẽ ảnh hưởng ít hơn đến người lái

Hình 3.1 H ộp số lái kiểu trục vít- con lăn có tỷ số truyền thay đổi

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

+ Tỷ số truyền của dẫn động lái ( LL2 )

Trong quá trình các bánh dẫn hướng xoay thì độ dài cánh tay đòn của các thanh và đòn thuộc dẫn động lái sẽ thay đổi Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

thuộc vào sơ đồ động học của nó, nhưng thường thay đổi không nhiều lắm trong các kiểu dẫn động lái hiện nay

+ Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái (LL3 ):

Là tỷ số truyền của góc quay vành tay lái chia cho góc quay của bánh dẫn hướng

w

v = i i.

= α α

3.2 Điều kiện không trược quay vòng

Quá trình quay vòng của xe được chia thành ba giai đoạn :

Hình 3.2 Các giai đoạn của quá trình quay vòng

+ Giai đoạn I –Xe bắt đầu di vào đường vòng (đoạn 1-2 trên Hình 3.2 ) đặc

trưng bằng bán kính quay vòng giảm dần (R#const )

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

+ Giai đoạn II – Là giai đoạn xe quay vòng đều (đoạn 2-3 thên Hình 3.2 ) đặc

trưng bằng bán kính quay vòng không đổi (R = const )

+ Giai đoạn III –Xe đi qua khỏi đường vòng (đoạn 3-4 trên Hình 3.2 ) đặc

trưng bằng bán kính quay vòng tăng dần (R # const ) và ở cuối giai đoạn này thi xe trở lại trạng thái chuyển động thẳng (R =∞)

Trong trường hợp này ta chỉ khảo sát động học và động lực học quay vòng đều của xe với bán kính quay vòng R = const và vận tốc quay vòng ω =const

Kết quả nghiên cứu chuyển động của các vật rắn cho thấy rằng, để các bánh

xe ôtô không bị trượt khi quay vòng thì các đường thẳng đi qua trục các bánh xe phải cắt nhau tại một điểm Điểm này được gọi là tâm quay vòng tức thời của xe ( điểm O trên Hình 3.3 )

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

cầu giữa sẽ bị trượt khi quay vòng do có véctơ vận tốc của các bánh của xe này không nằm trong mặt phẳng lăn của chúng

Muốn cho tất cả các bánh dẫn của xe ba cầu không trượt khi quay vòng thì

xe phải có ít nhất hai cầu dẫn hướng chung Trong trường hợp tổng quát nếu xe có n cầu thì điều kiện cần để tất cả các bánh xe không trượt khi quay vòng là số lượng cầu chủ động phải bằng n-1

Trong đó α1, α2-Góc quay của các bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong

B- Khoảng cách giữa hai đường tâm trục;

L- Chiều dài cơ sở của xe;

R- Bán kính quay vòng;

3.3 Hình học lái

Hình học lái là thuật ngữ biểu đạt mối quan hệ hình học của hệ thống treo so với mặt đường bánh xe các bộ phận của hệ thống treo như : góc doãng , góc nghiêng dọc, góc nghiêng ngang , độ chụm, góc tổng hợp …

3.3.1 Góc camber

Hình 3.4 Góc camber

Góc doãng (θCAM) là góc bánh xe nghiêng về bên phải hay nghiêng về đối với đường thẳng góc với mặt đường Nếu đầu trên bánh xe nghiêng ra ta có góc camber dương,.Nếu đầu trong bánh xe nghiêng vào phía trong xe ta có góc camber

âm Số đo được tính bằng độ và gọi là góc doãng của bánh xe trước

+ Tác d ụng của góc camber dương : Giảm tải theo phương thẳng đứng : Nếu

góc camber bằng không tải trọng tác dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường

tâm lốp và trục (F phẩy trên Hình 3.4 ) Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong Việc

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

đặt góc camber dương sẽ làm tải tác dụng vào phía trong của trục, ký hiệu F, giảm

lực tác dụng lên trục và cam quay

- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe : Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lên bánh xe theo phương vuông góc với mặt đường F được phân tích thành F1 vuông góc với đường tâm trục và F2 song song với đường tâm trục Lực F2 đẩy bánh xe vào trong ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này

- Ngăn cản góc camber âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra : Khi chất đầy tải lên xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết của hệ thống treo và các bạc tương ứng Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượng này

- Giảm lực đánh lái: Khi ta đánh vô lăng sang trái hay sang phải quanh trục quay đứng với khoảng lệch và bán kính rất nhỏ Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục quay đứng so sự ma sát của lốp xe với mặt đường , nó cho ta cảm giác nặng tay lái Do đó khi khoảng cách này nhỏ thì lực tác dụng lên tay lái sẽ nhỏ lại

+ Tác d ụng của góc camber âm : Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt

góc doãng, lốp có xu hướng lún xuống Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng lúc đó tính đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo hướng A Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi

là lực camber Lực camber tăng cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải

Hình 3.6 Góc camber âm

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

Khi quay vòng lực camber ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quay vòng do tăng góc doãng dương Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tác động của các lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc doãng Ở một số xe đã tạo một chút góc doãng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc doãng dương khi quay vòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu

Góc doãng cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc doãng bằng không là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc doãng dương hay âm đều làm mò lốp nhanh Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên lốp

3.3.2 Góc nghiêng dọc : ( kingpin)

+ Khái niệm : Góc nghiêng dọc ( Caster-θCAS) là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay so với đường thẳmh góc với mặt dường Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm Nói cách khác nếu khớp nối hình cầu phía trên nằm phía sau đường thẳng góc với mặt đường, ta có

độ nghiêng dọc dương, nếu khớp nối này nằm trước đường thẳng góc mặt đường ta

có độ nghiêng dọc âm Nếu khớp nối hình cầu trên và dưới cùng nằm trên đường thẳng đứng thì ta góc nghiêng dọc của trục xoay là số không

Hình 3.7 Góc nghiêng d ọc dương

1- Đường tim trục xoay, 2- Góc nghiêng dọc caster dương

3- Đường thẳng góc mặt đất, 4-Khớp hình cầu, 5- Phía trước xe

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

Hình 3.8 Góc nghiêng d ọc

A- Góc nghiêng dọc caster dương B- Góc nghiêng dọc caster âm

+ Ảnh hưởng của góc nghiêng dọc :

Ổn định chạy thẳng: góc nghiêng dọc dương có khả năng giữa thăng bằng cho bánh xe dẫn hướng làm cho bánh xe dẫn hướng có khả năng tiến thẳng ổn định Nó giúp xe không bị dạt qua phía này phía kia , lệch ra khỏi đường thẳng song song khi xe đang di chuyển

Làm tăng khả năng quay trở lại của hai bánh xe dẫn hướng: Khi xe đang di chuyển qua khúc quanh nhờ góc nghiêng dương mà xe có thể nhanh chóng trở lại vị trí hướng thẳng của hai bánh xe dẫn hướng

Góc nghiêng dọc dương đến bánh xe và thân xe : Với góc nghiêng dọc dương cho cả hai bánh xe trước, thân sẽ dạt ra ngoài khúc quanh Đối với trường hợp nghiêng dọc dương, khi lái xe về bên phải, mé trái của xe sụm xuống trong lúc

mé bên phải của xe lại nhấc lên cao làm cho xe dạt ra ngoài vòng quay Đặt tính này không làm thoả mãn được sự an toàn của xe khi qua đoạn đường cong, vì nó cộng hưởng thêm lực ly tâm rất dễ lật xe

Góc nghiêng dọc âm đến bánh xe và thân xe: Nếu cả hai bánh trước đều có góc nghiêng dọc âm thì thân xe sẽ dạt vào phía trong vòng quay Đối với trường hợp nghiêng dọc âm, khi lái xe về bên phải ,mé trái của xe được nâng lên trong lúc

mé bên phải của xe sụm xuống Có nghĩa là thân xe dạt vào phía trong của vòng quay, động tác này chống trả lại với lực ly tâm muốn đẩy xe ra ngoài của vòng quay Kiểu thiết kế này tạo được an toàn cho xe khi vòng qua một khúc quanh với vận tốc lớn, nhất là với ôtô đua cao tốc

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

3.3.3 Góc nghiêng ngang của trục chuyển hướng ( caster)

Khái ni ệm: Góc nghiêng ngang của chốt định hướng, còn gọi là góc nghiêng ngang vào của chốt trục xoay, là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc Là góc nghiêng trên mặt cắt của xe, vuông góc với mặt đường Thường góc này không điều chỉnh được ( trừ 1 số loại xe )

Tác d ụng của góc nghiêng ngang :

- Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải và sang trái quanh trục xoay đứng với khoảng lệch là bán kính.Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục xoay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực tay lái

- Giảm sự giật ngược và kéo lệch sang một phía: Nếu khoảng lệch quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi xe đang chuyển động hay phanh sẽ sinh ra một momen quanh trục xoay đứng, làm cho bánh xe bị kéo sang phía có phản lực lớn hơn Cũng như những va đập từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sẽ làm cho vô lăng bị giật thình lình hay đẩy ngược Momen này tỷ lệ thuận với độ lớn của khoảng lệch Khoảng lệch gần bằng không, momen nhỏ hơn sẽ sinh ra quanh trục xoay đứng khi tác dụng lên bánh xe và vô lăng sẽ chịu ảnh hưởng ít hơn bởi lực phanh tay va đập từ mặt đuờng

- Cải thiện tính ổn định chạy thẳng: Khi quay bánh xe sang trái hoặc phải bánh xe có xu hướng dìm xuống dưới (bởi vì nó quay xung quanh trục quay đứng đặt nghiêng ).Sau khi qua khúc quanh ta buông vành tay lái,chính trọng lượng đầu

xe sẽ kéo hai bánh trước trở lại vị trí hướng thẳng Nghĩa là hai bánh dẫn hướng có đặt tính tự động trở về vị trí hướng thẳng lúc ta buông vành tay lái sau khi qua khúc quay

Hình 3.9 Góc nghiêng ngang c ủa chốt chuyển hướng

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

3.3.4 Độ chụm-bẹt đầu xe ( toe in-toe out)

Hình 3.10 Độ chụm dầu

3.3.5 Góc tổng hợp

Là tổng số góc camber cộng với góc caster của trục chuyển hướng

Trị số góc tổng hợp đó quyết định giao điểm đường tâm bánh xe với đường tâm trục xoay( quyết định độ chụm bẹt bánh xe dẫn hướng )

3.3.6 Bán kính khi quay xe:

Khi hai bánh trước của ôtô được bẻ lái để quẹo trái hoặc phải thì bánh xe bên trong đánh một vòng cung ngắn hơn bánh xe bên ngoài Đường tâm bánh xe bên trong tạo với đường tâm cầu sau một góc lớn hơn góc mà đường tâm của bánh xe bên ngoài tạo với đường tâm cầu sau Đặc tính này làm cho bánh xe bên trong có độ bẹt lớn hơn của bánh xe bên ngoài Nhờ vậy các bánh xe không bị rê ngang

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

3.4 Trợ lực lái

Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng và an toàn Các

cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập trong hệ thống lái

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

Hệ thống lái không được có độ rơ lớn Với xe có tốc dộ lớn hơn 100Km/h độ

rơ 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 tay lái cho phép không vượt quá 27o

Với hệ thống lái không có trợ lực ,số vòng quay toàn bộ của vành tay lái không đựợc quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong

về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35 độ Ở vị trí biên phải có vấu tỳ hạn chế quay của bánh xe

Khi di trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10 Km/h, lực đặt lên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N Ngoài các yêu cầu trên còn có các yêu cầu cụ thể cho từng hệ thống lái

Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn 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

3.4.1 Yêu cầu hệ thống trợ lực

Để tăng khả năng lái xe, hầu hết các xe ôtô hiện đại đều có lốp rộng áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt đường và lốp xe Do vậy đòi hỏi lực đánh vôlăng lái lớn hơn

Nếu tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì có thể giảm được lực đánh lái Tuy nhiên, điều này khiển phải quay vòng vôlăng nhiều hơn và không thể quay góc ngoặt gấp được Do đó, để để việc lái được nhạy mà lực lái nhỏ thì cần phải có một

số thiết bị trợ lái Nói cách khác lái có trợ lực trước đây chủ yếu sử dụng trên các xe lớn thì ngày nay cũng được dùng cho các xe du lịch nhỏ

Số ô tô có trang bị thiết bị trợ lực trong hệ thống lái mỗi ngày mỗi phát triển thêm nhiều do các nguyên nhân sau:

+ Lốp có thành mỏng, lốp áp suất thấp và lốp điều chỉnh được áp suất ngày càng sử dụng nhiều trên ô tô

+ Ô tô có nhiều nhu cầu dẫn hướng (hai, ba, bốn cầu) sử dụng ngày càng nhiều

+ Số ô tô tải cỡ lớn ngày càng phát triển

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

+ Ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành do đó ôtô phải vận hành trong các điều kiện đường xấu hoặc không có đường

Hình 3.11 H ệ thống lái có trợ lực

Khi bộ trợ lực hỏng hệ thống lái vẫn phải làm việc được

Chỉ gài bộ cường hóa khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé

hệ thống lái làm việc như bình thường tức là lúc ấy lực đặt trên vành tay lái đối với ôtô du lịch là 40 – 70N , với ô tô tải là 150 – 400N

Bộ trợ lực lái phải giữ cho người lái “cảm giác được sức cản từ mặt đường” khi quay vòng

Thời gian tổn hao để trợ lực là tối thiểu và phải đảm bảo tỉ lệ giữa lực tác dụng và góc quay giũa trục vô lăng và bánh dẫn hướng

Khắc phục được hiện tượng tự trợ lực khi ô tô vượt qua chỗ lồi lõm, đường xóc và có khả năng trợ lực lúc lốp các bánh xe dẫn hướng bị hỏng, để lúc ấy người

lái vừa phanh ngặt vừa có thể vẫn giữ được hướng chuyển động ban đầu của ôtô

Trên ôtô du lịch và ôtô buýt ngày nay cũng đặt bộ trợ lực Trường hợp này không những chỉ để lái nhẹ mà chủ yếu là để đảm bảo an toàn chuyển động nhất là ở tốc

độ cao Khi có bộ cường hóa người lái dễ dàng giữ được phương chuyển động thẳng

kể cả trường hợp áp suất trong lốp giảm hay lốp bị đánh thủng

Hệ thống lái có trợ lực làm lốp mòn nhanh hơn một ít, các chi tiết của truyền động lái chịu tải lớn hơn, kết cấu của toàn ôtô phức tạp và nặng nề hơn, khối lượng bảo dưỡng cũng tăng

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

3.5 Các hệ thống trợ lực lái trên ô tô

Có hai loại thiết bị trợ lực lái: loại thủy lực và loại môtơ điện Hiện nay hầu hết các xe đều sử dụng trợ lực lái thủy lực Còn các dòng xe mới thì xử dụng hệ thống trợ lực điện

xy lanh trợ lực, lực cần thiết để vận hành vô lăng giảm đi Cần thiết phải kiểm tra rò

rỉ của dầu trợ lực lái một cách định kỳ Hình 3-12, 3-13, 3-14 giới thiệu sơ đồ

nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực lái thủy lực ứng với trường hợp ôtô chạy thẳng, ôtô quay trái và ôtô quay phải

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

Hình 3.13 Tr ường hợp xe rẽ phải

Hình 3.14 Tr ường hợp xe rẽ trái

Bơm trợ lực lái

Bơm trợ lực lái là một thiết bị thủy lực đòi hỏi áp suất cao Thiết bị này sử

dụng công suất của động cơ để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất thủy lực Trong

bơm sử dụng các cánh gạt nên loại trợ lái này có tên như trên Hầu hết sử dụng loại

bơm gạt để làm bơm trợ lực vì loại này có ưu điểm kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, phù

hợp với hệ thống thủy lực yêu cầu áp suất không lớn

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

Hình 3.15 V ị trí lắp bơm trợ lực lái Mũi tên màu vàng chỉ môtơ dẫn động

Van Điều chỉnh lưu lượng

Van điều khiển lưu lượng điều chỉnh lượng dòng chảy dầu từ bơm hộp cơ cầu lái, duy trì lưu lượng không đổi mà không phụ thuộc tốc độ bơm(v/ph)

3.5.2 Hệ thống trợ lực lái thủy lực-điện

Nhìn chung một hệ thống lái có trợ lực sử dụng lực động cơ để dẫn động bơm trợ lực tạo áp suất thủy lực EHPS (Electronic Hydraulic Power Steering) là một hệ thống lái có trợ lực sử dụng môtơ để tạo áp suất thủy lực và giảm lực cần thiết để điều khiển vôlăng Do hệ thống này giảm phụ tải trong động cơ, nên nó nâng cao tiết kiệm nhiên liệu ECU (Electrinic Control Unit ) kiểm soát tốc độ quay môtơ (lượng xả của bơm) theo các thông số như tốc độ xe và góc quay của vôlăng

Hình 3.16.

Bản chất của hệ thống lái này là làm thay đổi lực vận hành vôlăng phù hợp với tốc độ của xe

3.5.3 Hệ thống trợ lực lái môtơ điện

Hệ thống EMPS ( Electronic Mechanic Power Steering ) trợ giúp cho việc vận hành vôlăng trực tiếp bằng nguồn dẫn động của môtơ điện DC, không phải

Ch ương 3: Phân tích các thông số trong hệ thống lái

kích thích Khi tạo ra mômen lái thanh xoắn bị xoắn tạo độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 Dựa trên độ lệch pha này, một tín hiệu tỷ lệ với mômen vào được đưa tới ECU Dựa trên tín hiệu này, ECU tính toán mômen trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động motor