Thiết kế, mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện bằng phần mềm inventor

- Cơ cấu lái: là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ôtô đảmnhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái - Dẫn động lái: bao gồm đòn quay đứng, đòn kéo dọc, hình thang lái

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng yên, ngày… tháng… năm 2013

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hưng yên, ngày… tháng… năm 2013

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 1

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 1

1.1.1 Công dụng 1

1.1.2 Phân loại 2

1.1.3 Yêu cầu 2

1.3 Các hệ thống có trợ lực lái 4

1.3.1 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực 5

1.3.2 Hệ thống lái trợ lực điện 7

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC 11

2.1 Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic 11

2.2 Tính toán động lực học 12

2.2.1 Tính mômen cản quay vòng 12

2.2.2 Xác định mômen cản quay vòng M1 do lực cản lăn gây ra 12

2.2.3 Xác định mômen cản M2 do các lực ngang gây ra 13

2.2.4 Tính mômen cản quy dẫn tới vành tay lái 15

2.3 Tính toán bộ truyền cơ cấu lái 16

2.3.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng 16

2.3.2 Xác định các thông số của bánh răng 16

2.3.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng 17

2.3.4 Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng 18

2.4.Tính bền dẫn động lái 21

2.4.1.Kiểm tra bền trục lái 21

2.4.2 Kiểm tra bền Rô-tuyn 22

2.5 Tính toán trợ lực điện 23

2.5.1 Xây dựng đặc tính cường hóa lái 23

2.5.2 Tính kiểm nghiệm motor điện trợ lực 25

2.5.3.Tính toán điều khiển motor điện 25

3.1 Giới thiệu về phần mềm Inventor 2011 27

3.2.2 Thiết kế mô tơ trợ lực bằng phần mềm Inventor 42

3.3 Sử dụng Autodest Inventor tính bền một số chi tiết 45

3.3.1 Các bước tính bền trong Inventor 45

3.3.2 Kiểm bền đòn kéo ngang của hình thang lái (thanh ổn định) 46

3.3.3 Tính bền bánh răng 50

3.4 Lắp ráp các chi tiết 51

3.5 Mô phỏng chuyển động hệ thống lái 53

KẾT LUẬN 56

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic 11

Bảng 3.1: Các lệnh 2D sketch vẽ thông thường 33

Bảng 3.2: Các lệnh trong môi trường 3D 34

Bảng 3.3: Các lệnh cơ bản trong môi trường lắp ghép 36

Bảng 3.4: Các lệnh cơ bản trong môi trường Standard.idw 37

Hình 1.2: Biến dạng của lốp 3

Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster 4

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực 5

Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 6

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái 8

Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 9

Hình 2.1: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng 13

Hình 2.2: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng 13

Hình 2.4: Khớp cầu 22

Hình 2.5: Đường đặc tính cường hoá 24

Hình 2.6: Đặc tính điều khiển motor điện 26

Hình 3.1: Khởi động Inventor 2011 28

Hình 3.2: Giao diện sau khi khởi động Inventor 29

Hình 3.3: Giao diện của menu file 30

Hình 3.4: Giao diện của menu View 30

Hình 3.5: Giao diện của menu Tools 30

Hình 3.6: Giao diện menu Help 30

Hình 3.7: Giao diện thanh công cụ vẽ Sketch 31

Hình 3.8: Giao diện thanh công cụ vẽ 3D 31

Hình 3.9: Giao diện thanh công cụ lắp ghép 31

Hình 3.10: Khởi động môi trường vẽ phác thảo 32

Hình 3.11: Giao diện môi trường Standard 32

Hình 3.12: Khởi động môi trường lắp ghép 36

Hình 3.13: Giao diện của môi trường lắp ghép 36

Hình 3.14: Khởi động môi trường Standard.idw 37

Hình 3.15: Giao diện của môi trường Standard.idw 37

Hình 3.16: Khởi động phần mềm Inventor 38

Hình 3.17: Vào môi trường vẽ Standard.ipt 39

Hình 3.18: Giao diện của môi trường vẽ phác thảo 39

Hình 3.19: Giao diện vẽ biên dạng 2D của thanh răng 40

Hình 3.20: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 20mm dài 1000mm 40

Hình 3.21: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 25mm 41

Hình 3.22: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 40mm dài 600mm 41

Hình 3.23: Tạo gen cho 2 đầu thanh răng 42

Hình 3.24:Thanh răng được hoàn thành 42

Hình 3.25: Vào môi trường vẽ Standard.ipt 43

Hình 3.26: Tạo biên dạng 2D cho mô tơ 43

Hình 3.27: Tạo khối cho 1 vài biên dạng thân mô tơ 44

Hình 3.28: Tạo khối biên dạng phía trước thân mô tơ 45

Hình 3.29: Mô tơ trợ lực lái được hoàn thiện 45

Hình 3.30: Mô hình đòn kéo ngang 46

Hình 3.31: Chọn vật liệu cho đòn kéo ngang là thép 47

Hình 3.32: Tạo ràng buộc 47

Hình 3.33: Đặt lực tác dụng 48

Hình 3.34: Tạo lưới các phần tử 48

Hình 3.35: Xuất kết quả 49

Hình 3.36: Điểm chịu ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất 49

Hình 3.37: Kết quả tính bền bánh răng 50

Hình 3.38: Khởi động môi trường lắp ráp 51

Hình 3.39: Giao diện môi trường lắp ráp 51

Hình 3.40: Sơ đồ các chi tiết hệ thống lái trợ lực điện 52

Hình 3.41: Các kiểu lắp ghép của constrain 52

Hình 3.42: Sơ đồ lắp ráp cơ cấu hệ thống lái trợ lực điện 53

Hình 3.43: Giao diện môi trường mô phỏng chuyển động 53

Hình 3.44: Cửa sổ của Creat View 54

Hình 3.45: Giao diện của môi trường mô phỏng chuyển động 54

Hình 3.46: Cửa sổ của Tweak Component 54

Hình 3.47: Cửa sổ của Animation 55

1 Mc Mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra

2 M2 Mômen cản quay vòng khi có lực ngang Y

3 M3 Mômen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang  của trụ quay đứng

4 Gbx Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

5 f Hệ số cản lăn

6 Rbx Bán kính làm việc của bánh xe

7  Hệ số biến dạng lốp

8 Ro Với lốp áp suất thấp

9  Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe

10  Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe

11  Góc chụm của bánh xe dẫn hướng

12  Góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng

13 Mcvl Mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái

14 ic Tỷ số truyền cơ cấu lái

15 id Tỷ số truyền của dẫn động lái

16 t Hiệu suất thuận của cơ cấu lái

17 Rvl Bán kính vành tay lái

18 P”

vl Lực tác dụng lên vành tay lái khi trợ lực không làm việc

19 Pvl Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có trợ lực

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhà nước ta chủ trương đẩy mạnh nghành công nghiệp ôtô 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

Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, 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 ô tô, 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, em đã được giao thực hiện và nghiên cứu đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“Thiết kế, mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện bằng phần mềm Inventor”.

nhằm mục đích giảm cường độ cho người lái, làm tăng thêm tính cơ động và độ

an toàn chuyển động của xe 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.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo thuộc bộ môn công nghệ ô tô trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Hưng Yên và đặc biệt là thầy giáo Phạm Văn Kiêm đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài này Tuy nhiên, do lần đầu làm công tác thiết kế, thời gian lại có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và các bạn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1.1 Công dụng

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

+ Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng

+ Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động

+ Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên

Hình 1.1: Hệ thống lái

Hệ thống lái có nhiều loại, thông thường bao gồm các bộ phận chính như:

- Vành lái: là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp củangười điều khiển

- Cơ cấu lái: là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ôtô đảmnhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái

- Dẫn động lái: bao gồm đòn quay đứng, đòn kéo dọc, hình thang lái, đòn quayngang, có nhiệm vụ liên kết cơ cấu lái với bánh xe và dẫn động cho bánh xe dẫnhướng

- Trợ lực lái: Trợ lực lái có thể có hoặc không Dùng để giảm nhẹ lực quay vòngcủa người lái bằng nguồn năng lượng từ bên ngoài Nó thường được sử dụng trong các

xe có tải trọng vừa và lớn

- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ô tô)được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, ThuỵĐiển, …

 Theo số lượng cầu dẫn hướng

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau

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

 Theo kết cấu của cơ cấu lái

- Cơ cấu lái loại trục vít – bánh vít

- Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng

- Cơ cấu lái loại trục vít – con lăn

- Cơ cấu lái loại trục vít – chốt quay

- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng)

- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ – thanh răng

 Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hoá

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặpchướng ngại vật.

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng(Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150 ¸ 200 N;

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

- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫnhướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quaycủa vô lăng và của bánh xe dẫn hướng

1.2 Tính dẫn của ô tô hướng

Tính dẫn hướng của ô tô là khả năng giữ được hướng chuyển động của ô tô theogóc quay vành lái khi chịu tác dụng của các lực và mômen ngoại cảnh Khi thực hiệnquay vòng thì yêu cầu đặt ra đối với hệ thống lái là phải đảm bảo động lực chuyểnđộng và quay vòng xe, người lái quay vành tay lái thông qua dẫn động lái và cơ cấu láilàm bánh xe dẫn hướng quay đi một góc

Quỹ đạo chuyển động của ô tô liên quan đến tính dẫn hướng của xe Sự chuyểnđộng của ôtô trên đường phụ thuộc vào rất nhiều mối quan hệ của bánh xe với nềnđường Khi chuyển động trên các đường xá khác nhau cùng với việc sử dụng lốp đànhồi đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như độ ổn định của ô tô.Khi đó, tại bánh xe luôn xuất hiện góc lăn lệch (biến dạng bên) do chịu đồng thời lựckéo và lực bên Hình 1.2 thể hiện biến dạng của lốp khi chịu tác động của lực ngang,biến dạng bên này làm sai lệch quỹ đạo chuyển động Để khắc phục hiện tượng này thìtrong hệ thống lái cần phải bố trí cơ cấu để bù được sự biến dạng của lốp

Hình 1.2: Biến dạng của lốp

Đối với hệ thống lái trên ôtô một trong những đặc điểm khác so với hệ thốnglái lắp trên các phương tiện khác là sau khi thực hiện quay vòng, người lái không cầntác động lực lên vành lái mà các bánh xe dẫn hướng có khả năng tự động quay về trạng

thái chuyển động thẳng Điều này được thực hiện nhờ mômen trả lái về Msat, mômennày xuất hiện đầu tiên là do các quan hệ hình học trong hệ thống lái, đặc biệt là gócCaster được thể hiện trên hình 1.3, sau đó là do khi quay vòng xuất hiện lực ngang, lựcngang này làm biến dạng lốp cao su, sự biến dạng đàn hồi này làm cho xuất hiệnmômen để lốp trở về trạng thái ổn định.

Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster

Để tăng tính an toàn chuyển động, người ta tăng diện tích tiếp xúc của lốp vớimặt đường, đồng thời giảm áp suất lốp Nhưng như vậy cũng đồng nghĩa với việc cầnphải đánh lái với một lực lớn hơn Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái vàtăng tính an toàn cho hệ thống điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợlực lái

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực

Yêu cầu đặt ra đối với trợ lực là:

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

+ Trợ lực lái phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản của mặt đường khi quay vòng.Điều này đồng nghĩa với khả năng trợ lực cần tăng cao khi mô men cản quay vòng lớn

và ngược lại khả năng trợ lực cần giảm khi xe chuyển động với tốc độ cao

Hệ thống lái trợ lực trên xe hiện đại có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thủy lực,trợ lực điện

1.3.1 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ trợ lực sử dụng một phần công suất động cơ

để tạo ra áp suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng đểchuyển hướng chuyển động của ô tô Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đườngdầu tại van điều khiển

Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm dầu trợ lực (bơm cánh gạt), van điều khiển, xy lanhlực

 Ưu nhược điểm của hệ thống:

Thông qua đặc điểm làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực ta thấy hệ thống có các

ưu điểm, nhược điểm là như sau:

+ Ưu điểm:

Với hệ thống lái trợ lực thuỷ lực đã giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so với hệthống lái không có trợ lực vì có thêm trợ lực tác động của piston-xy lanh lực lên thanhrăng do áp suất dầu của bơm trợ lực gây ra Trong trường hợp xe bị nổ lốp hoặc xì hơithì hệ thống đảm bảo được an toàn về hướng trong quá trình chuyển động

+ Nhược điểm:

Trong hệ thống lái trợ lực thuỷ lực, nguồn năng lượng trợ lực được tạo thành do sựlàm việc bơm dầu mà bơm dầu lại được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ, sử dụng

dầu và dầu chảy qua các đường ống, van Ngoài ra, dầu trợ lực lái khi thải ra còn lànguồn chất thải gây ô nhiểm môi trường.

+ Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực là áp suất và lưu lượng của bơm phụ thuộc vào tốc độđộng cơ Trong trường hợp xe chuyển động ở tốc độ thấp, quay vòng ngoặt, lúc nàycần trợ lực lớn, tuy nhiên do tốc độ động cơ thấp, áp suất trong hệ thống thuỷ lực nhỏảnh hưởng đến chất lượng trợ lực Khi xe ôtô chuyển động ở tốc độ cao, lưu lượng và

áp suất của bơm trợ lực lớn, trong khi điều khiển lái ở tình trạng này lại chỉ cần yêucầu trợ lực nhỏ

+ Về mặt tỷ số truyền động học bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỷ số truyềnthấp để người lái quay vòng hiệu quả và ở tốc độ cao cần có tỷ số truyền động học cao

vì lúc này mức phản ứng của xe rất nhạy nhưng hệ thống chưa đáp ứng được

+ Trong khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều vòng.+ Khi hệ thống trợ lực bị hỏng, lực điều khiển sẽ nặng hơn hệ thống không có trợ lực,

vì lúc này còn phải thắng lực cản do dầu chuyển động trong hệ thống gây ra

1.3.2 Hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái trợ lực điện tạo mômen trợ lực nhờ môtơ trợ lực vận hành lái vàgiảm lực đánh lái

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái.

Các bộ phận cơ bản của hệ thống lái trợ lực điện:

+ ECU điều khiển: ECU tiếp nhận các thông số tín hiệu của cảm biến mô men,cảm biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính toán và điều khiển

mô tơ trợ lực

+ Mô tơ trợ lực: Mô tơ trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít – bánhvít và được điểu khiển bằng ECU, mô tơ có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khácnhau tùy theo mức độ đánh lái của người lái và mô men cản quay vòng

+ Cảm biến mô men: cảm biến mô men được gắn vào phía trong trục lái, dựavào hiệu ứng Hall để đưa ra điện áp tùy thuộc vào mô men đánh lái và mô men cản.Điện áp ra của cảm biến sẽ được gửi vào ECU để điều khiển mô tơ trợ lực

 Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện

Từ hình trên ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là ECU tiếp nhậncác tín hiệu chính: tín hiệu đưa vào từ cảm biến mômen của trục lái và tín hiệu củacảm biến tốc độ của xe, tín hiệu B+ , chế độ không tải để tính toán điều khiển mô tơ trợlực phù hợp với điều kiện lái Lực đánh lái càng lớn thì mô tơ trợ lực càng nhiều,nhưng mô men trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng dần

+ Trạng thái quay vòng: khi người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiệnhiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men thay đổi điện áptùy theo chiều quay và độ lệch tương đối giữa hai đầu thanh xoắn sau đó truyền tínhiệu về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính toán

ra dòng điện điều khiển và chiều quay của mô tơ trợ lực cho phù hợp

+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không được tác động do đó không có hiện tượngxoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men không thay đổi điện áp, vì thếECU không điều khiển mô tơ trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên

 Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện:

Ta thấy hệ thống lái trợ lực thủy lực làm việc dựa trên hai thông số momen và gócquay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: tốc độ xe,momen trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục lái vì vậy có nhứng

ưu điểm của hệ thống trợ lực như sau:

+ Ưu điểm;

Tạo ra được tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe: Xe ở tốc

độ thấp thì tỉ số tryền nhỏ và ngược lại xe ở tốc độ cao thì tỉ số truyền lớn là momen

trợ lực của động cơ điện được điều khiển thay đổi theo tốc độ của oto vì vậy ưu điểmlớn nhất của hệ thống lái này là momen trợ lực của động cơ điện thay đổi phù hợp theotốc độ của xe.

So với trợ lực thủy lực thì hệ thống lái trợ lực điện không sử dụng bơm dầu để tạo ranăng lượng trợ lực mà sử dụng một motor điện một chiều, do đó giảm tổn hao nhiênliệu từ 2-3%

Hệ thống không sử dụng các đường ống dẫn và van phức tạp như hệ thống lái trợ lựcthuỷ lực

Làm việc êm hơn vì không có tiếng kêu của bơm trợ lực và kết cấu tuy phức tạp hơnnhưng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lượng của hệ thống được giảm đáng kể so với trợlực thủy lực

Với việc sử dụng motor điện một chiều, hệ thống lái trợ lực điện dễ dàng điềukhiển được chiều quay của motor điện cũng như dễ dàng thay đổi mômen xoắn củamotor bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cấp vào motor

Khi trợ lực điện hỏng thì lực điều khiển của người lái chỉ như xe không có trợ lực chứkhông nặng như trưởng hợp hỏng trợ lực thủy lực do có sức cản của dầu thủy lực.+ Nhược điểm:

Kết cấu chế tạo phức tạp và có giá thành cao, chịu va đập kém

 Đánh giá:

Ngoài những ưu điểm vượt trội khi so sánh với hệ thống lái trợ lực thủy lực thì hệthống lái trợ lực điện đã đáp ứng được yêu cầu về tỉ số truyền lái thay đổi Đây là mộtyêu cầu rất quan trọng và đặc biệt là đối với các xe ôtô hiện đại ngày nay Nhờ việc dễdàng thay đổi tỉ số truyền lái mà hệ thống lái trợ lực điện giúp nâng cao tính năng antoàn chuyển động của xe khi xe đi ở tốc độ cao, ngoài ra hệ thống còn giúp cho ngườilái dễ dàng điều khiển xe khi xe đi vào những đường hẹp, yêu cầu quay vòng với bánkính nhỏ

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC 2.1 Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic

Bảng 2.1: Bảng các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic

10 Chiều rộng của xe trước/sau 1500x1530 mm

13 Bán kính quay vòng tối thiểu 5.8 m

14 Dung tích bình nhiên liệu 50 lít

Phanh - Giảm sóc - Lốp xe

22 Động cơ 4 xi lanh thẳng hàng SOHC i-VTEC

33 Hệ thống nạp nhiên liệu EFI: Phun nhiên liệu điện tử

34 Mức tiêu hao nhiên liệu 10 lít/100Km

2.2 Tính toán động lực học

Việc tính toán động lực học là nhằm mục đích phân phối tỷ số truyền của cơ cấu lái, làm tăng độ tin cậy cho ô tô khi tham gia giao thông, đông thời làm phù hợp với tốc độ của ô tô.

2.2.1 Tính mômen cản quay vòng

Mômen cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định khi ô tô quayvòng trên đường nhựa khô và đủ tải Mômen cản quay vòng lớn nhất khi xe chạy trênđường xấu, mặt đường nghiêng hoặc xe quay vòng tại chỗ

Mômen cản quay vòng được xác định theo công thức:



1

3 2

M1 – mômen cản quay vòng do lực cản lăn gây ra;

M2 – mômen cản quay vòng khi có lực ngang Y;

M3 – mômen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang  của trụ quay đứng

2.2.2 Xác định mômen cản quay vòng M 1 do lực cản lăn gây ra

Mômen cản quay vòng M1 sinh ra là do trong quá trình quay vòng mômen này gây nênbởi lực cản lăn của bánh xe với mặt đường Mômen này tác động lên đòn quay, qua cơcấu lái tác dụng lên vành tay lái Về trị số nó được xác định bằng công thức sau:

M1 = Gbx.f.e (2 - 2)

2.2.3 Xỏc định mụmen cản M 2 do cỏc lực ngang gõy ra

Khi quay vũng sẽ xuất hiện lực ngang Y Tổng hợp cỏc lực thành phần của lựcngang sẽ dịch chuyển về phớa sau so với tõm vết tiếp xỳc một đoạn là x Giỏ trị của xthừa nhận bằng 1/4 chiều dài vết tiếp xỳc

Hỡnh 2.2: Sơ đồ lực ngang tỏc dụng lờn bỏnh xe khi quay vũng

Vậy ta cú cụng thức sau:

2 2

5 ,

Trong đú:

r – bỏn kớnh tự do của bỏnh xe, r B d / 2Với bánh xe có cỡ lốp là: 195/65R15 / 2.1

Với B là chiều cao lốp : B = 0,65.195 =126,75 (mm)

Với d là đờng kính vành bánh xe : d = 15 (ins) = 15.25,4 = 381 (mm)

Thay các giá trị váo công thức (2 - 6) ta có:

x=0.5 =58,36 (mm)=0,05836 (m)Mômen cản M2 do bánh xe trượt lê được tính theo công thức:

M2 = Gbx Y x (2 - 4)Trong đó:

Y – hệ số bám ngang, chọn Y = 0,7Vậy ta có: M2 = 310 0,7 0,05836 = 12,66 (KG.m)

Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng, người ta làm các góc đặt bánh xe:

 - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe

 - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe

 - góc chụm của bánh xe dẫn hướng

 - góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng

Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhưng chung lại làm xuất hiệnmômen cản M3 Trong tính toán giá trị mômen cản M3 được kể đến bởi hệ số 

Như vậy, tổng mômen quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định bằng côngthức:





) (

Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (3 – 8) ta có:

Vậy M =42,32 KG.m

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái, ic = 23,4

id – tỷ số truyền của dẫn động lái, chọn id=0,95

t - hiệu suất thuận của cơ cấu lái, chọn t = 0,72

Thay các giá trị trên vào công thức (2 – 9), ta có:

Mcvl – mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái

Mcvl = 2,76 KG.m

Vậy ta có:

Pvlmax= = =10,56 (KG)

Như vậy, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe là rất lớn,

sẽ gây mệt mỏi cho người lái Vì vậy, để khắc phục nhược điểm trên cần thiết phải cảitiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có cường hoá Nhằm mục đích để giảm sứclao động nặng nhọc cho người lái xe, đồng thời tăng sức cơ động của ô tô đảm bảo antoàn khi chuyển động

2.3 Tính toán bộ truyền cơ cấu lái

2.3.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng

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

+ Chọn trước đường kính vòng lăn của bánh răng từ đó tính ra vòng quay củabánh răng có phù hợp không Có nghĩa là ứng với số vòng quay (n) nào đó thì thanhrăng phải dịch chuyển được một đoạn X1 = 84,78 (mm)

+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vòng lăn củabánh răng Đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng thì số vòng quay của vành láithì cũng là số vòng quay của bánh răng

Dựa vào xe tham khảo, chọn số vòng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xequay là n = 1,5 vòng

Ta có công thức X1 = 2Rn ( 2.8)

Suy ra: R = 1

2 1.5

X

 = 9 mm

2.3.2 Xác định các thông số của bánh răng

Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy

Dc = cosm Z n

 ( 2.9) Trong đó:

Dc : Đường kính vòng chia: Dc = 2R = 2.9 = 18 (mm )

mn : Môdun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2,5

 : Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng  = 120

Từ công thức (2.20) ta suy ra số răng của bánh răng :

0

cos 18.cos12

7,0 2,5

c

n

D Z

Môdun ngang của bánh răng :

cosn

t

m m



2.5 cos14 = 2.57

Số răng tối thiểu:

Zmin = 17cos3 = 17.cos3140 = 12,78

Lấy Zmin=13 Như vậy Zmin = 13 >7 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh,

+ Chiều cao răng :

2.3.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng

Đường kính của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất:

Mx: Mô men xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, chính bằng

mômen cản quay vòng từ bánh xe:

Mx = Mc = 42,32 Nm

Thay các thông số vào công thức (2.23) ta được :

d = 3 0, 2 

x x

Z = 169.568, 25 = 19,8

Vậy ta chọn Z = 20 răng

Hệ số dịch chỉnh thanh răng :

tr =  - br = 0 -0,647 = 0,647

+ Đường kính vòng chia của thanh răng:

2.3.4 Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng

Đối với loại truyền động trục răng - thanh răng phải đảm bảo cho các răng có

Trong quá trình làm việc trục răng, thanh răng chịu ứng suất uốn tiếp xúc

và chịu tải trọng va đập từ mặt đường Vì vậy thường gây ra hiện tương rạnnứt chân răng Do ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái Đểđảm bảo được những yêu cầu lam việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo trụcrăng - thanh răng được dùng là thép 45Cr được tôi cải thiện

Có:  

.700

MPa

MPa b

SH: Là hệ số an toàn ; lấy SH = 1,1.

ZR: Hệ số xét ảnh hưởng của độ nhám; ZR = 0,95

ZV: Hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc vòng; ZV = 1,1

KXH: Hệ số xét ảnh hưởng của kích thước trục răng; KXH = 1

KF: Hệ số xét ảnh hưởng của độ độ bôi trơn; KF = 1

Thay các thông số vào công thức (2.24) ta được:

+Kiểm nghiệm độ bền uốn

Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:

2 H H 1 H

M H H

+ Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn:

ứng suất uốn được tính theo công thức:

20

23, 285 3,3cos cos 18

2.4 Tính bền dẫn động lái

2.4.1 Kiểm tra bền trục lái

Kích thước trục lái(xem hình 2.7).

- Đường kính ngoài: Dtl = 25 (mm)

- Đường kính trong: dtl = 17 (mm) Hình 2.3: Mặt cắt trục lái

Trục lái được làm bằng ống thép, vật liệu làm trục lái là thép 35, không nhiệtluyện, có ứng suất tiếp xúc cho phép: [x] = 50 ¸ 80 MPa

Ứng suất xoắn do lực trên vành lái sinh ra:

W

R P

trong đó: Wx – là mômen chống xoắn của tiết diện tính toán

Wx = 0,2

tl

4 tl

4 tl

D

d

D 

Thay số vào công thức ta có:

x =

025,0

017,00,0250,2

2,0.734,468

4 4



x = 38,16 (MPa)

 x < [x]

Kết luận: vậy trục lái đảm bảo độ bền

2.4.2 Kiểm tra bền Rô-tuyn

Kích thước:

 Khoảng cách từ tâm cầu đến vị trí ngàm: eN = 23 (mm)

 Đường kính tại vị trí ngàm tính toán: dN = 18 (mm)

 Đường kính cầu rôtuyn: Dc = 28 (mm)

 Đường kính bề mặt tỳ với đệm rôtuyn: k = 16 (mm)

Vật liệu:trụ cầu được chế tạo bằng thép xêmăngtít hoá 15HM, có nhiệt luyện

bề mặt để tăng tính chống mòn, có:

- Ứng suất chèn dập cho phép là: [σ ] 35(cd  MPa)

- Ứng suất uốn cho phép tại vị trí ngàm: [σ ] 300(u  MPa)

- Ứng suất cắt cho phép tại vị trí ngàm: [τ] 80(  MPa).

Khớp cầu được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc vàkiểm tra độ bền uốn và cắt tại vị trí ngàm

Lực tác dụng lên khớp cầu lớn nhất chính là lực cực đại tác dụng lên đòn kéongang N = 7994,47 (N)

Trong đó:

Fc - diện tích tiếp xúc giữa mặt cầu và đệm rôtuyn

Trong thức tế làm việc, diện tích làm việc chiếm 2/3 bề mặt của khớp cầu, nên

bề mặt chịu lực tiếp xúc chiếm 1/2.2/3=1/3 bề mặt khớp cầu

, vậy chốt cầu thoả mãn điều kiện chèn

dập tại bề mặt làm việc

Hình 2.4: Khớp cầu

Wu = 0,1.dNThay số vào ta có :

uc < [uc]  chốt cầu đảm bảo độ bền uốn tại vị trí nguy hiểm nhất

- Kiểm tra theo độ bền cắt:

Kiểm tra rôtuyn tại vị trí ngàm

Trong đó:

4

D F

2 c c



6939,8

3,14.0,0284

c

c

N

MPa F

2.5.1 Xây dựng đặc tính cường hóa lái

Theo giáo trình Thết kế tính toán ôtô thì đặc tính của cường hoá chỉ rõ sự đặctrưng của quá trình làm việc của bộ cường hoá hệ thống lái Nó biểu thị mối quan hệgiữa lực mà người lái đặt lên vành tay lái Pl và mômen cản quay vòng của các bánhdẫn hướng Mc:

l c

c d th

M P

Ri i 

 Qua đây ta thấy khi không có cường hoá thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụthuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng (vì R, ic, id, th là nhữnghằng số) Do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc toạ độ Theo tínhtoán ở phần trước khi quay vòng ôtô tại chỗ mômen cản quay vòng là lớn nhất, toạ độxác định điểm này trên đường đặc tính là B [42,32; 10,56] Vậy đường đặc tính đượcxác định P1 = f(Mc) sẽ đi qua gốc toạ độ và đi qua điểm B [43,22; 10,56]

Khi hệ thống lái được lắp cường hoá đường đặc tính của của nó cũng biểu thịmối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mômen cản quay vòng của các bánh

xe dẫn hướng Mc Đây cũng là mối quan hệ bậc nhất

Đồ thị các đường đặc tính khi chưa cường hoá Pvl = f(Mc) và được lắp bộ cườnghoá Pc = f(Mc) được thể hiện ở hình vẽ dưới đây

Hình 2.5: Đường đặc tính cường hoá

Khi lực đặt lên vành tay lái lớn hơn 14 (N) đường đặc tính đặc trưng cho hoạtđộng của cường hoá ở giai đoạn này cũng là đường bậc nhất nhưng có độ dốc thấp hơn

so với đường đặc tính khi chưa có cường hoá (độ dốc này cần thiết phải có để đảm bảocho người lái có cảm giác sức cản của mặt đường tác dụng lên vành tay lái) Khimômen cản quay vòng lớn hơn Mc = 42,32 (Nm) thì hệ thống lái làm việc như hệthống lái cơ khí ban đầu (cường hoá đã làm việc hết khả năng) Cụ thể là người láimuốn quay vòng ôtô thì phải tác dụng lên vành tay lái một lực Pvl > Pc

Ta thấy rằng:

Đoạn OB: Pvl = Pc = f(Mc) Lực do người lái hoàn toàn đảm nhận

Đoạn AC: Pc = f(Mc) Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặtđường