Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện

Xây dựng thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái để mô phỏng các hoạt của hệ thống lái trên ôtô và thực hiện các nghiên cứu – thí nghiệm trên mô hình Trong việc hoàn thành luận văn tôi l

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4

1.1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG LÁI 4

1.1.1 Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới 4

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong vùng ASEAN và trong nước 7

1.2 MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 8

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 8

1.2.2 Nội dung luận văn 9

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 9

PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 10

1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC 10

1.2 CÁC TRẠNG THÁI QUAY VÒNG CỦA XE 15

1.3 CÁC YẾU TỐ KẾT CẤU VÀ SỬ DỤNG ẢNH HƯỞNG TỚI LỰC LÁI, TÍNH NĂNG ỔN ĐỊNH VÀ TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA HỆ THỐNG LÁI 17

1.3.1 Các góc đặt bánh xe 17

1.3.2 Góc Camber (góc nghiêng ngang của bánh xe) 19

1.3.3 Góc Caster và khoảng Caster 23

1.3.4 Góc Kingpin (góc nghiêng ngang trụ đứng) 27

1.3.5 Độ chụm và độ mở (góc doãng) 30

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC 31

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC 31

2.1.1 Công dụng của hệ thống trợ lực lái 31

2.1.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái 31

2.2 HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC THỦY LỰC 34

2.2.1 Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thủy lực 34

2.2.2 Mô hình toán học hệ thống lái trợ lực thủy lực 35

2.2.3 Đặc tính trợ lực lái 36

2.2.4 Giải pháp điều khiển thay đổi hệ số trợ lực lái 37

2.3 HỆ THỐNG TRỢ LỰC THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 37

2.3.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ lắp ở bơm trợ lực thực hiện điều khiển lưu lượng 37

2.3.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ trên mạch dầu van trợ lực lái 39

2.3.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ tại cửa vào ra (cửa P và cửa R) của van trợ lực 41

2.3.4 HTL trợ lực thủy lực với cách thay đổi tốc độ bơm trợ lực lái 42

2.4 HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 46

2.4.1 Cảm biến trong hệ thống trợ lực lái điện – điện tử 60

2.4.2 Trợ lực trên cơ cấu lái 58

2.4.3 Cảm biến trong hệ thống trợ lực lái điện – điện tử 62

PHẦN 3 MÔ HÌNH HTL VÀ THÍ NGHIỆM 69

CHƯƠNG 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HTL TRỢ LỰC 69

1.1 MỤC ĐÍCH XÂY DỰNG MÔ HÌNH 69

1.2 THIẾT KẾ KHUNG CỦA MÔ HÌNH 69

1.2.1 Các kích thước cơ bản của khung xương 70

1.2.2 Kiểm tra và chạy thử mô hình 72

1.3 THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM VÀ CHUẨN ĐỊNH 72

1.3.1 Tải trọng 72

1.3.2 Đo mômen lái và chuẩn định mômen lái 72

1.3.3 Hệ thống trợ lực điện lắp ráp trên mô hình 79

CHƯƠNG 2 THÍ NGHIỆM 82

2.1 QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 82

2.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 89

KẾT LUẬN 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC

Phụ lục 1

Phụ lục 2

Phụ lục 3

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật và công nghệ ôtô ngày nay đã có những bước phát triển vượt bậc Đó là ứng dụng các chương trình máy tính để điều khiển các hệ thống động cơ cũng như các hệ thống gầm ôtô Mặt khác xu hướng tăng tốc độ cực đại của ôtô từ khoảng 270 km/h hiện nay đến 330 km/h trong tương lai đòi hỏi không những phải cải tiến động cơ ôtô để tăng tốc độ và mômen (Áp dụng các chương trình điều khiển pha phối khí thông minh, điều khiển xupáp thông minh, điều khiển nạp gió thông minh ) mà các hệ thống gầm ôtô cũng có những thay đổi đáng kể như:

1 Hệ thống truyền lực: Sử dụng số tự động điều khiển điện tử để tăng tính năng khởi hành và tăng tốc, giảm cường độ lao động của lái xe

2 Hệ thống treo: Sử dụng các hệ thống treo điều khiển điện tử để tăng tính năng êm dịu của xe, chạy ổn định trên các loại đường, chống chúi đầu, bốc đầu xe, chống nghiêng ngang xe khi vào cua vòng

3 Hệ thống lái (HTL): Sử dụng các hệ thống trợ lực lái Điện - Thuỷ lực hoặc hệ thống trợ lực điện hoàn toàn, phù hợp cho việc nâng cấp HTL lên mức lái tự động Ngoài ra, để tăng tính năng quay vòng và tự ổn định chuyển động HTL còn điều khiển cả 4 bánh xe ( 4WS)

4 Hệ thống phanh: Sử dụng các hệ thống phanh tự ổn định (EPS) hay còn gọi là hệ thống phanh phân phối lực phanh bằng điện tử (EBD) kết hợp

hệ thống ABS và TRC ( Traction)

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 : Hãng Ford, trên xe Ford Focus 2005 đã sử dụng hệ thống lái trợ

lực dầu và điều khiển tốc độ bơm trợ lực bằng ECU lập trình tối ưu; Hãng Toyota, 5/9/2007 đã lắp ráp chiếc xe đầu tiên trợ lực lái bằng điện – điện tử (Xe VIOS 2007)

Là một cán bộ kỹ thuật, phụ trách sản xuất tại công ty ôtô Toyota Việt Nam, tôi có mong muốn tìm hiểu kỹ hơn về sản phẩm mà công ty Toyota Việt Nam vừa đưa vào sản xuất và đóng góp một phần vào công tác đào tạo và nghiên cứu của công ty cũng như của các cơ sở đào tạo khác và chuyên nghành cơ khí ôtô Vì vậy tôi chọn đề tài ‘‘ Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện ’’ và được bộ môn ôtô và xe chuyên dụng Viện Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội chấp thuận là đề tài nghiên cứu ứng dụng

Đây là một lĩnh vực khá mới mẻ, phức tạp đòi hỏi các kiến thức về điện tử - tin học và cơ điện tử và chưa có nhiều tài liệu tham khảo Vì vậy luận văn được giới hạn ở 2 nội dung chính:

1 Nghiên cứu lý thuyết về các hệ thống lái trợ lực, đặc biệt là hệ thống lái

có điều khiển điện điện tử

2 Xây dựng (thiết kế, chế tạo) mô hình hệ thống lái để mô phỏng các hoạt của hệ thống lái trên ôtô và thực hiện các nghiên cứu – thí nghiệm trên

mô hình

Trong việc hoàn thành luận văn tôi luôn nhận được sự giúp đỡ và phối hợp của các thầy giáo Bộ môn ôtô và xe chuyên dụng Viện cơ khí động lực trường Đại học bách khoa Hà nội, đặc biệt là thầy Đinh Ngọc Ân và các nhân viên của công ty cổ phần thiết bị và phát triển công nghệ ACT, phòng sản xuất Công ty Toyota Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để cho tôi hoàn thành bản luận văn này Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với sự giúp đỡ và phối hợp trên!

Mặc dù đã hết sức cố gắng, song bản luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi sai sót và hạn chế Tác giả luận văn luôn trân trọng những góp ý quý báu của các thầy giáo, các đồng nghiệp để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Tác giả

Nguyễn Trọng Khoa

PHẦN 1 - TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1.1 - Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ phận điều khiển tinh vi, các rôbốt công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành chế tạo ôtô đang có những bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, khoa học mô phỏng, vật liệu mới

Ôtô ngày nay được sử dụng ở tốc độ cao, vấn đề an toàn chuyển động ngày càng được các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại các nước có nghành công nghiệp ôtô hoàn chỉnh như Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản đầu tư nghiên cứu Trong cấu tạo ôtô, hai hệ thống được coi là quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái (HTL) và hệ thống phanh (HTP)

Trong những năm gần đây đã có hàng trăm các công trình khoa học được công bố nhằm hoàn thiện HTL, các công trình chủ yếu tập trung trong lĩnh vực động học và động lực học của HTL bốn bánh- 4WS (Four Wheel Steering) nhằm tăng tính cơ động và hoàn thiện tính điều khiển của HTL Tác giả Samkr Moham USA gần đây vào tháng 6 năm 2000 đã công bố trong công trình về loại xe có hệ thống lái ở cả 4 bánh (All Wheel Driver ) Nhiều nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển cho các loại xe có HTL 4WS Những trung tâm khoa học công nghệ lớn như ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản hiện đang có nhiều nỗ lực nghiên cứu về vấn đề tự động điều khiển HTL, đó là những công trình nghiên cứu lớn với sự nỗ lực của hàng trăm nhà khoa học hàng đầu thế giới Hãng Mereedes cũng đã trình diễn loại xe với HTL tự động, trong tương lai sẽ được ứng dụng để sử dụng trên

các loại đường thông minh Để tăng tính điều khiển và tiện nghi cho việc hoàn thiện HTL, các nhà khoa học cũng đã đi sâu vào việc chế tạo các bộ cường hoá tích cực PPS (Progressive Power Steering) để đảm bảo cảm giác của người lái với mặt đường, tăng tính điều khiển cuả HTL khi xe chạy ở tốc

độ cao, đặc biệt là các xe thế hệ mới được sử dụng ở tốc độ cao hơn 100km/h Những nhà công nghệ cũng luôn tiến tới những kết cấu mới cho HTL như việc phát triển các cơ cấu điều khiển góc đặt trục lái và vô lăng TS (Tilt Steering), cùng với ghế ngồi người lái có thể điều chỉnh theo 3 chiều nhằm bố trí vị trí người điều khiển một cách thuận tiện nhất Xu thế chung của các trung tâm công nghiệp ôtô lớn trên thế giới là nghiên cứu HTL tích cực nhằm

sử dụng các thành tựu về điện, điện tử ứng dụng, các thành tựu về tin học để kiểm soát được các tính năng của HTL và đảm bảo các chế độ hoạt động của chúng ở chế độ tối ưu Như vậy có thể thấy rằng HTL với chức năng đảm bảo tính dẫn hướng đang được các nhà khoa học hàng đầu thế giới tập trung nghiên cứu với nhiều nỗ lực lớn Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào các nội dung sau:

• Nghiên cứu động học HTL thông qua mối tương quan hình học các khâu độc lập từ đó xác định sự thay đổi động học các khâu, kết luận khả năng

sử dụng của các HTL khác nhau trên xe

• Xác định lực tác dụng lên vành tay lái để tính toán khả năng áp dụng các

hệ thống trợ lực để điều khiển lái

• Xây dựng các mô hình động học HTL trong những giả thiết cơ học cho sát với điều kiện thực tế từ đó nghiên cứu tính năng điều khiển ôtô

• Nghiên cứu các hệ thống lái có điều khiển Điện – Thủy lực hoặc điện điện tử

• Nghiên cứu các hệ thống lái tự động

Sau đây là một số công trình tiêu biểu nhất:

+ Công trình của giáo sư Lưxốp Maxcowva 1972 sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu xác định động học, động lực học HTL Giáo sư đã

sử dụng các thiết bị thí nghiệm xác định trên một số HTL cụ thể để đánh giá các thông số HTL như độ nhạy nhẹ của cơ cấu lái gồm có lực trên vòng tay lái, lực trong các phần tử dẫn động lái, lực cản quay vòng của bánh xe dẫn động lái, xác định ma sát và hệ số hiệu dụng, xác định cơ cấu lái về độ mòn,

độ mỏi.v.v

+ B.Ф poдuonob và M.Фuttepman Maxcơva 1980 sử dụng hai phương pháp đồ thị và phương pháp đại số để nghiên cứu xác định động học HTL Giáo sư đã sử dụng các thông số hình học chọn lựa của HTL và hệ thống treo phía trước cần phải phù hợp trong quan hệ với sự biến đổi của góc nghiêng dọc của trục đứng, của góc nghiêng ngoài của bánh xe, của góc chụm bánh

xe, và độ chuyển dịch ngang của tiếp điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường khỏi vị trí thiết kế tuỳ theo vị trí bánh xe trên chiều cao đối với phần treo của ôtô, cũng như trong quan hệ phụ thuộc vào góc quay bánh xe ngoài đối với góc quay bánh xe trong Ngoài ra còn phải tính đến cả góc nghiêng ngang của trục đứng, nó có ý nghĩa đáng kể đối với độ ổn định chuyển động của ôtô, vì

sự thay đổi của nó tương ứng gần chính xác với sự thay đổi góc nghiêng ngoài của bánh xe Những sự phụ thuộc này được xác định bằng phương pháp đồ thị hoặc phương pháp giải tích Phương pháp đồ thị rõ ràng, trực quan, nhưng rất tốn công sức và do đó độ chính xác của kết quả thu được phụ thuộc vào sự cẩn thận khi thực hiện và các thiết bị vẽ hiện có Vì vậy phương pháp đồ thị chỉ dùng trong các sơ đồ động học đơn giản và xác định những phụ thuộc đơn

lẻ Phương pháp giải tích được sử dụng đặc biệt hợp lý khi có khả năng dùng máy tính Cả trong những trường hợp phức tạp nhất sau khi đã đưa ra được những sự phụ thuộc giải tích cần thiết, phương pháp này cho ta khả năng lập chương trình cho máy tính và sẽ thu được lời giải điển hình cho một vị trí và

dễ dàng thực hiện các tính toán như vậy cho các vị trí tiếp theo của bánh xe, cho một hoặc một số giá trị của các thông số hình học

1.1.2- Tình hình nghiên cứu trong vùng Asean và trong nước

Nhờ sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về HTL trợ lực thuỷ lực và đưa vào ứng dụng có hiệu quả, ngày càng được cải tiến và tối ưu hoá qúa trình điều khiển của hệ thống Theo đó, nội dụng chương trình và công nghệ chế tạo mô hình phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu cũng được làm tốt

Trong công tác nghiên cứu những năm gần đây cũng đã có một số cán bộ khoa học công nghệ đi sâu nghiên cứu các hệ thống ôtô đặc biệt là HTL và hệ thống phanh Nhóm các cán bộ nghiên cứu của các trường Đại học cũng đã có nhiều nỗ lực ứng dụng các phần mềm chuyên dụng như Alaska 2.3, Sap 90, Simulik trong quá trình nghiên cứu ôtô Ở Việt Nam chúng ta đang ở trong giai đoạn xây dựng nền công nghiệp ôtô ở giai đoạn lắp ráp CKD và tiến hành chương trình nội địa hóa các cụm chi tiết và phụ tùng ôtô xe máy GS.TSKH

Đỗ Sanh cũng lãnh đạo một nhóm nghiên cứu về động học, động lực học trong đó có một phần nghiên cứu về động học quay vòng xe ở tốc độ cao

TS Nguyễn Khắc Trai trong luận án của mình cũng nghiên cứu sâu về lý thuyết quay vòng Thạc sỹ Nguyễn Xuân Châu đã bảo vệ thành công luận văn Thạc sỹ với đề tài cơ cấu lái đặc biệt cho người tàn tật tại Xemina 12/2000

TS Nguyễn Xuân Thiện và TS Lê Hồng Quang trong khuôn khổ đề tài nhà nước KHCN-05-09 đã thử nghiệm thành công bộ trợ lực lái thuỷ lực do Việt Nam chế tạo áp dụng cho xe xích T55 TS Nguyễn Thanh Quang với đề tài nghiên cứu động học, động lực học và độ bền HTL trên xe Mêkông Star Thạc

sỹ Vũ Cao Điền với đề tài tính toán ổn định lật cho xe tải nhỏ bằng đồ thị quỹ đạo pha của HTL Thạc sỹ Nguyễn Hồng Vũ với đề tài tính toán động lực học quay vòng cho bánh xe dẫn hướng

Trong thời gian qua, việc giảng dạy về HTL có trợ lực thuỷ lực ở nước ta còn gặp nhiều khó khăn là do mảng thiết bị và mô hình dạy học của hệ thống chưa nhiều, giá thành của các thiết bị ngoại nhập khá cao, nhiều trường khó

có thể trang bị Việc nghiên cứu và chế tạo các mô hình phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu vẫn còn ở quy mô nhỏ, phần lớn là do nhu cầu cấp thiết của công tác giảng dạy nên tự thiết kế và thi công trên các thiết bị sẵn có Một số công ty sản xuất đồ dùng dạy học ở nước ta cũng đã nghiên cứu chế tạo nhiều thiết bị, mô hình dạy học về HTL có trợ lực thuỷ lực trên cơ sở các chi tiết và thiết bị nhập từ nước ngoài về, nhưng rất đơn giản, phần lớn là chỉ dùng để dạy về cấu tạo, và giới thiệu về nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống Các mô hình này thiếu một số chức năng cần thiết để học tập và nghiên cứu trên mô hình, như không quan sát được các chế độ hoạt động của hệ thống, không đo kiểm được một số thông số cơ bản …

Nhìn chung, với các thiết bị và mô hình đã có, chưa thể đáp ứng được nhu cầu giảng dạy và nghiên cứu hiện nay về HTL có trợ lực thuỷ lực

Các đề tài nghiên cứu về HTL có trợ lực ở trong nước những năm gần đây chưa có một đề tài nghiên cứu hoàn chỉnh về ảnh hưởng của các yếu tố góc đặt của bánh xe dẫn hướng và ảnh hưởng của sự thay đổi tải trọng cũng như thay đổi các chế độ điều khiển khác nhau

1.2- MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI

1.2.1- Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Nhiệm vụ chính được đặt ra của đề tài là nghiên cứu cơ bản lý thuyết điều khiển lái có trợ lực và chế tạo mô hình HTL có trợ lực bằng điện – điện tử và đánh giá các quá trình điều khiển ở các chế độ khác nhau Trên cơ sở các cụm thiết bị sẵn có của hệ thống lái xe TOYOTA COROLA 1.8

Nội dung của luận văn còn có thể dùng làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu cho các đối tượng là sinh viên, học sinh chuyên ngành cơ khí ô tô của các trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp và có thể làm tài liệu tham khảo cho cán bộ, công nhân kỹ thuật chuyên ngành

Mô hình được chế tạo từ đề tài có thể dùng để giảng dạy về hệ thống lái trợ lực điện – điện tử và có thể phục vụ cho việc nghiên cứu nâng cao về điều khiển lái tự động ( không người lái)

1.2.2 – Nội dung luận văn

Nội dung luận văn gồm 3 phần chính:

+ Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống lái: Mối quan hệ giữa tải trọng và các mômen, lực trong hệ thống lái; Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp điều chỉnh Lý thuyết và các giải pháp kỹ thuật điều khiển trợ lực lái

+ Xây dựng mô hình hệ thống lái để có thể thực hiện các nghiên cứu và điều khiển trợ lực lái Thí nghiệm và đánh giá kết quả

+ Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống lái trợ lực điện - điện tử

1.2.3 – Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình, đánh giá các kết quả và đưa ra các kiến nghị

PHẦN 2 – CƠ SỞ LÝ LUẬN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI

1.1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC

Hình 1.1 Tổng quan hệ thống lái

1- Vành tay lái 4- Dẫn động lái (gồm các đòn dẫn động từ cơ 2- Trục lái cấu lái đến trục quay đứng của bánh xe)

3- Cơ cấu lái 5- Bánh xe dẫn hướng

Về cơ bản, hệ thống lái gồm 5 cụm chính nêu trên; Các hệ thống lái trợ lực có thêm các cụm khác như:

- Bơm trợ lực, van trợ lực, xi lanh trợ lực, van điều khiển chế độ trợ lực ( Đối với hệ thống lái trợ lực thủy lực hoặc trợ lực Điện -Thủy lực)

- Mô tơ trợ lực, các cảm biến, ECU trợ lực lái ( đối với hệ thống lái trợ lực điện – điện tử)

Hệ thống lái là một cơ cấu chịu tác động từ 2 phía: Người lái, tải trọng xe đặt trên các bánh xe dẫn hướng và các lực cản từ mặt đường

Tải trọng tác dụng từ mặt đường qua bánh xe dẫn hướng lên HTL gồm có lực cản chuyển động, lực cản bên, lực cản ổn định Sơ đồ lực tác dụng được

mô tả trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên hệ thống lái

Ff – Lực cản chuyển động; Fb- Lực cản bên; FG- Lực cản ổn định

Mc=(Ff+Fb+FG)*a – Mô men cản tổng cộng trên trục đứng

a- Cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hướng;

Rlbx – Bán kính lăn bánh xe dẫn hướng; ϕ - Hệ số bám

Trong các tính toán HTL, để đơn giản người ta đưa ra các giả thiết sau:

• Bỏ qua ảnh hưởng đàn hồi và khối lượng lốp xe ( lốp xe cứng tuyệt đối)

• Bỏ qua các thành phần ma sát trong các khớp và trong hệ thống

• Không có ảnh hưởng của các phần tử đàn hồi (cao su, nhựa) trong

• HTL ( Hệ thống lái)

• Mô men quay vành tay lái Mvl với tốc độ quay đều

• Cánh tay đòn lăn a của hai bên là như nhau

• Giá treo dưới của hệ thống treo được gắn chặt với chassis

HTL chịu tải nặng nhọc nhất khi xe đầy tải, đứng tại chỗ, quay hết vành tay lái trên mặt đường nhựa khô có hệ số bám lớn nhất Mô men cản quay vòng

do các thành phần lực cản từ mặt đường gây nên quy về hai bên trục quay đứng được tính bởi công thức 1-1:

Mc= 2(M1+M2+M3+M4) (1-1)

Trong đó: M1=G1*f*a Mô men cản chuyển động quay bánh xe

M2=0.14*G1*ϕ*Rlbx Mô men cản bên

M3=FG*a*4(sin(ξ)+sin(β)) Mô men cản ổn định

Trong công thức, thành phần M3 được đặc trưng bởi hệ số χ =1.07-1.15

M4=Fp*a Mô men cản do lực phanh Fp

Khi xe đứng yên, M4=0

ηhtl=ηk*ηt ηk=0.6 Hiệu suất dẫn động lái

ηt=0.9 Hiệu suất khớp truyền lực Trong đó ξ là góc tổng cộng của trục đứng và góc nghiêng bánh xe dẫn hướng trong mặt phẳng ngang

ba bậc tự do với 3 điểm liên kết trong đó hai điểm nằm trên lốp và một điểm nằm trên mặt đường

Khi không có trợ lực, để thắng được lực ở hai bên bánh xe, lực lái trên vành tay lái có giá trị:

lớn vượt quá sức con người nhưng không được quá nhỏ nhằm cảm giác được

sự bám của bánh xe dẫn hướng với mặt đường, đặc biệt khi xe chạy ở tốc độ cao trên đường có hệ số bám thấp

Độ nhậy của HTL được dánh giá bằng thời điểm quay vành tay lái để bánh

xe dẫn hướng quay theo ý muốn HTL có độ nhậy tốt nhất nếu thời gian chậm tác dụng từ vành tay lái tới bánh xe dẫn hướng (độ rơ tổng thể νTT) là nhỏ nhất

Thông thường hai thông số này được cho từ nhà thiết kế chế tạo đối với các

xe đời mới, nhưng để đánh giá được các chỉ tiêu tại thời điểm sử dụng ta cần dựa trên các kết quả thực nghiệm

Xét trên cấu trúc cơ bản hệ thống lái với 5 phần tử có thể xây dựng mô hình toán học của hệ thống như sau:

Hình 1.3 Mô hình toán học của hệ thống lái

Trên mô hình toán học có thể thấy: Lực cản quay vòng bánh xe bên trái và bên phải Pc1 và Pc2 khác nhau, được khắc phục nhờ tác động của lực P1 lực của người lái tác động lên vô lăng 1 và thông qua vô lăng lực này được chuyển đổi thành mô men M1 trên trục lái Từ M1, thông qua cơ cấu lái được chuyển đổi thành lực P2 trên ngõng lái (hoặc thanh răng) và truyền qua các thanh dẫn động lái tới trục quay đứng bánh xe, chia ra lực P3-1 và P3-2 làm quay các bánh xe 5a và 5b để thắng các lực cản quay vòng Pc1 và Pc2

Về mặt lý thuyết thì P3-1 và P3-2 bằng nhau Tuy nhiên, trên thực tế 2 bánh

xe trái và phải quay với 2 góc khác nhau để tâm quay quay quanh 1 điểm O

(Hình 1-3) Nếu 2 bánh xe quay cùng một góc thì sẽ sảy ra hiện tượng trượt bên lớn của bánh xe phía trong cung quay vòng (Hình 1.4)

Vì vậy khi quay vòng bánh xe phía trong cung quay vòng thường vừa phải lăn vừa quay và trượt nên P3-1 và P3-2 khác nhau

Bán kính quay vòng là góc quay của bánh xe phía trước bên trái và bên phải khi chạy trên đường vòng Với góc quay của các bánh xe bên phải và bên trái khác nhau, phù hợp với tâm quay của cả bốn bánh xe thì độ ổn định của xe chạy trên đường vòng sẽ tăng lên Ví dụ, đối với loại hệ thống lái có thanh nối đặt phía sau trục lái, nếu các đòn cam lái được đặt song song với đường tâm

xe, thì góc lái của bánh xe bên phải và bên trái bằng nhau (a=b), và mỗi bánh

xe sẽ quay quanh một tâm quay khác nhau (O1 và O2), mặc dù chúng có bán kính quay bằng nhau (r1=r2) Hình 1.4

Hình 1.4 Bán kính quay vòng bánh xe

Vì vậy, sẽ xuất hiện sự trượt bên ở một trong hai bánh xe Tuy nhiên, nếu đòn cam lái nghiêng đi so với đường tâm xe, các bánh xe bên phải và bên trái sẽ

có góc quay khác nhau (a<b), nên chúng có thể điều chỉnh để có bán kính quay khác nhau (r1>r2) để quay quanh cùng một tâm (O), nhờ thế mà có được góc lái đúng

Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức tạp Nếu cho xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định θvl, thì xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng R0 tương ứng Trạng thái quay vòng này có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh và được gọi là quay vòng đủ

Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xẩy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 thì người lái phải tăng góc quay vành lái một lượng θvl và khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 thì người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng θvl Hình 1.5

Trạng thái quay vòng thừa và trạng thái quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm Chúng làm mất tính ổn định và tính điều khiển của

xe vì nó làm gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực

ly tâm khi quay vòng tăng ), ở những trạng thái này đòi hỏi người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Hình 1.5

Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp có ảnh hưởng ở mức độ nhất định tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe ôtô và máy kéo bánh bơm, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn

Trạng thái quay vòng là một khái niệm lý thuyết song nó gắn chặt với tính

an toàn chuyển động và tính điểu khiển của xe Do vậy cần thiết phải hiểu rõ kết cấu của hệ thống lái

`

Hình 1.5-Các trạng thái quay vòng của xe

NĂNG ỔN ĐỊNH VÀ TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA HỆ THỐNG LÁI

Từ hai công thức 1-5 và 1-6 chỉ ra rằng năng lượng của người lái xe được

giới hạn bởi hai đường cong của mô men cản tổng cộng Mc và mô men cản trợ lực Mch:

ML=Md – Mch ≥ Mc – Mch (1-7)

Với những thông số động học chuẩn của HTL thì đây được coi là vùng ổn định năng lượng lái Năng lượng lái yêu cầu của HTL không được vượt quá sức của con người và không có dao động lớn xung quanh đường cong chuẩn trong quá trình đánh lái Các thông số động học của HTL gồm độ chụm bánh

xe dẫn hướng, góc nghiêng bánh xe dẫn hướng và góc nghiêng trục đứng

Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển

xe, tính ổn định chuyển động của ôtô Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như khi quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác Đối với xe con yêu cầu này ngày càng được quan tâm và được nâng cao hơn vì vận tốc của xe không ngừng được nâng lên Trên cầu dẫn hướng các bánh xe dẫn hướng được bố trí và quan tâm thích đáng Ở các bánh xe không dẫn hướng thì việc bố trí cũng đã được chú ý, song bị hạn chế bởi giá thành chế tạo và sự phức tạp của kết cấu nên việc bố trí vẫn được tuân thủ theo các điều kiện truyền thống

Ôtô có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh vô lăng Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thần khi điều khiển xe Đó là điều không mong muốn, vì vậy để khắc phục được các vấn đề nêu trên thì các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định tuỳ theo yêu cầu nhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng của từng loại Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh xe

Việc điều khiển xe sẽ trở nên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theo một góc một cách chính xác theo yêu cầu thiết kế Các góc đặt bánh xe đúng

sẽ ngăn cản việc mài mòn lốp nếu như các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:

+ Khó lái

+ Tính ổn định lái kém

+ Trả lái trên đường vòng kém

+ Tuổi thọ lốp giảm ( mòn nhanh)

Góc đặt bánh xe gồm các góc sau:

+ Góc Camber ( góc nghiêng ngang của bánh xe )

+ Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ

1.3.2 Góc Camber ( góc nghiêng ngang của bánh xe )

Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc CAMBER, và đo bằng độ Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc

“CAMBER dương”, và ngược lại gọi là góc ”CAMBER âm” Bánh xe không nghiêng thì CAMBER bằng không (bánh xe thẳng đứng )

Hình 1.7 Góc CAMBER

Chức năng của góc CAMBER:

Những năm về trước bánh xe được đặt với góc CAMBER dương để cải thiện độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng lượng của xe ) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do có phần giữa cao hơn hai bên

Góc camber còn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập của mép lốp với mặt đường Khi góc CAMBER bằng không hoặc gần bằng không có ưu điểm là khi đi trên đường vòng bánh xe nằm trong vùng có khả năng truyền lực dọc và lực bên tốt nhất

Góc CAMBER ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước Đồng thời giảm

cánh tay đòn của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái

Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ thống treo độc lập thì góc CAMBER thường âm

Hình 1.8 Mô tả ảnh hưởng lực đẩy ngang đối với góc camber âm

Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe nghiêng thì sẽ sinh ra một lực theo phương nằm ngang Lực này được gọi là “ lực đẩy ngang” Nó tác động theo chiều vào trong khi bánh xe có camber âm, và theo chiều ra ngoài xe khi có camber dương

Khi xe chạy trên đường vòng, vì xe có xu hướng nghiêng ra phía ngoài, nên camber của lốp xe trở nên dương hơn, và “lực đẩy ngang” về phía trong xe cũng giảm xuống, lực quay vòng cũng bị giảm xuống

Góc camber âm của bánh xe giữ cho bánh xe không bị nghiêng dương khi chạy vào đường vòng và duy trì lực quay vòng thích hợp

Hình 1.9 Mô tả góc camber khi xe quay vòng

Khi xe chạy vào đường vòng, lực đẩy ngang ở các lốp xe phía ngoài sẽ

có tác dụng làm giảm lực quay vòng Lực ly tâm làm cho xe nghiêng đi vì tác động của các lò xo của hệ thống treo, làm thay đổi góc camber Bởi vì khi xe chạy trên đường vòng lực ly tâm luôn xuất hiện và có xu hướng buộc xe phải chạy theo cung tròn có bán kính lớn hơn cung theo ý muốn của người lái xe, trừ phi xe có khả năng tạo ra đối lực (lực hướng tâm) cân bằng với lực ly tâm Lực ly tâm được tạo ra nhờ sự biến dạng và trượt của hoa lốp, do ma sát giữa mặt đường và lốp xe Lực này được gọi là lực quay vòng

Hình 1.10 Mô tả camber bằng không và camber dương

Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường

tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster c

1.3.3 - Góc Caster và khoảng Caster

Hình 1.11 Caster và khoảng Caster

Tác dụng của góc Caster là hồi vị bánh xe do khoảng Caster

Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào đường vòng hoặc lực do gió

bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của 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 nào đó so với

chiều tiến của xe (Caster dương ) thì phản lực bên Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:

M=Yb.c (1-8)

Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi

nó bị lệch khỏi vị trí này Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực

để khắc phục mô men này Vì vậy, góc Caster thường không lớn Mômen này phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 00 đến 30

Hình 1.12 Thể hiện độ ổn định và hồi vị trên đường nhờ góc caster

Khi trục xoay đứng quay để xe chạy vào đường vòng, nếu các bánh xe có góc caster thì lốp sẽ bị nghiêng đi so với mặt đường và tạo ra mô men “kích”

có xu hướng nâng thân xe lên ( xem hình minh hoạ) Mô men “kích” này đóng vai trò như một lực hồi vị bánh xe, có xu hướng đưa thân xe trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định trên đường thẳng của xe

Trên hình 1-12 cũng thể hiện khả năng hồi vị bánh xe nhờ góc caster Nếu bánh xe có góc Caster thì giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trước nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có xu hướng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định theo đường thẳng Khi bánh xe được chuyển hướng sang một bên (do lái hoặc do trở ngại khi chạy trên đường thẳng) thì sẽ phát sinh các lực bên F2 và F’2 Những lực bên này có tác dụng làm quay trục xoay đứng (nhờ có khoảng Caster) và có xu

hướng hồi vị bánh xe về vị trí ban đầu của nó (lực hồi vị) Vào lúc này, với cùng một lực bên như nhau, nếu khoảng caster lớn, lực hồi vị bánh xe cũng lớn Vì vậy, khoảng caster càng lớn thì độ ổn định trên đường thẳng và lực hồi

vị càng lớn

Hình 1.13 Dạng hình học Nachlauf và Vorlauf

Trên hình 1-13 mô tả dạng hình học Nachlauf và Vorlauf Nói chung, muốn tăng khoảng caster thì phải tăng góc caster Tuy nhiên, với một góc caster không đổi vẫn có thể thay đổi khoảng caster bằng cách đặt lệch trục xoay lên phía trước hoặc lùi về sau tâm bánh xe Dạng hình học Nachlaufcf cho phép tăng khoảng cách caster bằng cách đặt lệch trục xoay đứng dịch lên phía trước tâm bánh xe Dạng hình học Vorlauf cho phép giảm khoảng caster bằng cách đặt lệch trục xoay đứng lùi về phía sau tâm bánh xe Trên thực tế, các dạng hình học Nachlauf và Vorlauf được áp dụng để đặt khoảng caster phù hợp vớiđặc tính của xe

1.3.4 Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng)

Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng

Hình 1.14 Góc KingPin

*Tác dụng của góc KingPin:

Trên hình 1-14 mô tả tác dụng giảm lực đánh lái của góc kingpin

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng nằm ngang của bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm của vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu r0

lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì

vậy làm tăng lực đánh lái Do vậy giá trị của r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r0 là tạo CAMBER dương và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo góc KingPin

Trên hình 1-16 mô tả tác dụng giảm phản hồi và kéo lệch sang một bên của góc kingpin

Hình 1.15 Tác dụng giảm lực đánh lái

Hình 1.16- Tác dụng giảm phản hồi

Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía: Nếu khoảng cách lệch r0 quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh sẽ sinh ra một mô men quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe bị kéo sang một phía có phản lực lớn hơn Các va đập từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và

bị đẩy ngược

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng Tức là khi quay vòng, quay vô lăng để quay vòng xe, người lái phải tăng lực đánh lái, nếu bỏ lực tác dụng lên vô lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri đi thẳng ) Để giữ cho xe quay vòng thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất định nào đó Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay

vòng là do có mô men phản lực (gọi là mô men ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe Giá trị của mô men ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin

1.3.5 Độ chụm và độ mở (góc doãng)

Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe

Trên hình 1-17 mô tả vai trò của độ chụm của bánh xe dẫn hướng

Hình 1.17 - Độ chụm của bánh xe dẫn hướng

Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A Kích thước

B, A được đo ở mép trong của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng

Độ chụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC

2.1.1 Công dụng của hệ thống trợ lực lái

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của

người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có

sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái

Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường Kết quả

là cần một lực lái lớn hơn

Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái Tuy nhiên việc đó lại đòi hỏi phải quay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòng dẫn đến không thể thực hiện được việc vòng ngoặt gấp

Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi vẫn chỉ cần lực lái

nhỏ, cần phải có trợ lực lái

2.1.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái

Các hệ thống lái có trợ lực được tổng kết tại bảng 1 và chia thành 2 nhóm chính:

- Nhóm trợ lực thủy lực đơn thuần

- Nhóm trợ lực có điều khiển điện – điện tử

Bảng 1 Phân loại các hệ thống trợ lực lái điều khiển điện tử

Các cảm biến Hiệu ứng cơ bản

Đối tượng điều khiển

CB tốc

độ

ô tô

CB

mô men lái

CB góc quay trục lái

CB dòng điều khiển

Cơ cấu chấp hành

Lực lái biến thiên theo tốc

độ

Định giá trị trợ lực

xe Các hệ

xe

Lưu lượng

Lưu lượng cấp đến xilanh trợ lực

Mạch tắt qua xilanh trợ lực

Áp suất hiệu dụng cấp đến xilanh trợ lực

Đặc tính van trợ lực

Áp suất dầu tạo ra

ở van trợ lực

Áp suất tác động lên cơ cấu phản hồi lực thủy lực (loại

Lưu lượng dầu cấp đến xilanh trợ lực

Dòng điện

Mômen của mô tơ trợ lực

Các phương pháp điều khiển nêu trên có thể được mô tả tóm tắt như sau:

Phương pháp điều khiển lưu lượng ( Flow Control Method) Trong

phương pháp này van điện từ Solenoid được đặt tại vị trí cửa ra của bơm để

mở 1 đường dầu đi tắt về đường hồi dầu Bộ điều khiển điện tử sẽ điều chỉnh van điện từ solenoid mở khi ôtô chạy ở tốc độ cao để giảm lưu lượng của bơm cấp đến van trợ lực và xilanh trợ lực Điều này làm tăng lực lái Bằng việc giảm độ cản của mạch giữa bơm và xilanh trợ lực, yêu cầu về trợ lực sẽ giảm Dòng dầu thủy lực được đưa tới xilanh trợ lực sẽ giảm khi lái ở tốc độ cao và vậy đối với phương pháp này, lượng tỉ lệ phản hồi và lực phản lái sẽ cân bằng tại điểm cân bằng

Phương pháp điều khiển mạch tách qua xilanh trợ lực ( Cylinder

Bypass Control Method) Trong phương pháp này một van điện và một mạch

rẽ sẽ được thiết lập hai khoang cửa xilanh trợ lực Thời gian mở van sẽ được kéo dài bởi bộ điều khiển điện tử cho phù hợp với việc tăng tốc độ ôtô Như vậy sẽ giảm được áp suất dầu trong xilanh trợ lực và tăng hiệu quả lái Giống như phương pháp điều khiển lưu lượng hệ thống này cũng đạt được điểm cân bằng giữa lượng phản hồi lái và lực phản lái

Phương pháp điều khiển đặc tính van ( Valve Characteristics Control

Method) Trong phương pháp này áp suất điều khiển bị giới hạn bởi cơ cấu van xoay tức là điều khiển lượng và áp suất của dầu cung cấp cho xi lanh trợ lực được chia thành phần thứ hai, phần thứ ba Còn phần thứ tư được điều khiển bởi tín hiệu động cơ điều khiển dòng dầu giữa phần thứ hai và phần thứ

ba của van ( tham khảo hình 2.7) Hiệu quả lái được điều khiển bằng cách phát hiện ra những biến đổi điều khiển của phần thứ tư để biến đổi tỉ lệ trợ lực Do cấu trúc hệ thống đơn giản và dòng dầu được cung cấp hiệu quả từ bơm đến xilanh trợ lực, hệ thống này thể hiện lượng phản hồi tốt Khi dòng

điện cấp cho van điện từ là 0,3A van sẽ mở hết cỡ và rất phù hợp với chạy xe tốc độ cao

Phương pháp điều khiển phản lực dầu ( Hydraulic Reaction Force

Method) Trong phương pháp này hiệu quả lái được điều khiển bởi cơ cấu phản lực dầu, nó được lắp trên van xoay ( van trợ lực) Van điều khiển phản lực dầu làm tăng áp suất dầu cấp cho khoang phản lực phù hợp với tốc độ xe

2.2.1 Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực:

Hình 2.1 - Tổng quan hệ thống lái có trợ lực

Trên hình 2-1 là sơ đồ tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực bao gồm các bộ phận chính sau:

1- Bình dầu và bơm trợ lực lái

2- Cơ cấu lái và xi lanh trợ lực kết hợp hoặc cơ cấu lái riêng,

xi lanh trợ lực riêng

3- Van trợ lực (có thể kết hợp liền với cơ cấu lái)

4- Các đòn dẫn động lái

2.2.2 Mô hình toán học HTL trợ lực thuỷ lực

Dựa trên mô hình tổng quát của HTL trợ lực thuỷ lực ta có thể xây dựng mô hình toán học như sau:

Hình 2-2 Sơ đồ mô hình toán học HTL có trợ lực

1- Vô lăng; 2- Trục lái chính; 3- Cơ cấu lái; 4- Dẫn động lái;

5a, 5b – Bánh xe dẫn hướng; 6- Xi lanh trợ lực

P1 - Lực quay vòng của người lái đặt trên vành tay lái

P2 - Lực trên ngõng lái (hoặc thanh răng)

Trên sơ đồ mô hình toán học của HTL có trợ lực có thêm phần tử 6 (so với HTL cơ bản, hình 2-1) đó là phần tử trợ lực Phần tử trợ lực tạo ra một lực PTL

tác động vào cơ cấu lái để hỗ trợ cho lực của người lái Như vậy, cơ cấu lái 3