Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực thuỷ lực với các chế độ điều khiển khác nhau

Là một cán bộ giảng dạy nhiều năm ở một trường Cao đẳng chuyên nghiệp với chuyên ngành ôtô, để dáp ứng yêu cầu giảng dạy và nghiên cứu khoa học của cán bộ giáo viên, sinh viên nhà trường

Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu 3

1-1 Đặt vấn đề 3

1-2 Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới 5

1-3 Tình hình nghiên cứu trong vùng ASEAN và trong nước 8

1-4 Lý do chọn đề tài 9

1-5 Mục tiêu của đề tài 10

1-6 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của đề tài 10

Chương 2: Cơ sở lý luận về hệ thống lái 12

2-1 Mô hình hệ thống lái 12

2-2 Các trạng thái quay vòng của xe 13

2-3 Phân loại hệ thống lái 16

2-4 Yêu cầu của hệ thống lái 17

2-5 Sơ đồ hệ thống lái tổng quát 18

2-6 Sơ đồ tải trọng tác động lên hệ thống lái 19

2-7 Các yếu tố về kết cấu và sử dụng ảnh hưởng tới lực lái, tính năng ổn định và tính năng dẫn hướng của hệ thống lái 22

Chương 3: Hệ thống lái có trợ lực 36

3-1 Tổng quan về hệ thống lái 36

3-2 Cấu trúc và các giải pháp điều khiển các HTL có trợ lực 36

Chương 4: Xây dựng mô hình HTL có trợ lực 50

4-1 Mục đích xây dựng mô hình 50

4-2 Thiết kế khung của mô hình 51

4-3 Thiết bị thử nghiệm và chuẩn định 53

Chương 5: Thí nghiệm 62

Phụ lục 1: Các loại van trợ lực và các phương pháp điều

chỉnh gócđặt bánh xe

Phụ lục 2: Các góc đặt bánh xe dẫn hướng của các hãng xe

và kiểu xe đời xe đang sử dụng

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô của Việt Nam như hiện nay, cùng với chiến lược phát triển của nhà nước về chính sách nội địa hoá phụ tùng ôtô đã tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thống trên ôtô trong nước trong đó có hệ thống lái Vấn đề nghiên cứu

hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực với các chế độ điều khiển khác nhau là phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới và chủ trương nội địa hoá sản phẩm ô tô của Việt Nam

Là một cán bộ giảng dạy nhiều năm ở một trường Cao đẳng chuyên nghiệp với chuyên ngành ôtô, để dáp ứng yêu cầu giảng dạy và nghiên cứu khoa học của cán bộ giáo viên, sinh viên nhà trường cùng các cán bộ kỹ thuật chuyên ngành ôtô, tôi chọn đề tài:

“Nghiên cứu hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực với các chế độ điểu

khiển khác nhau ”

Đề tài này là một mảng các vấn đề liên quan đến hệ thống thuỷ lực và điện thuỷ lực, có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau Trong phạm vi luận văn thạc sỹ, nội dung nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn ở các phần sau đây:

1- Nghiên cứu các lý thuyết và ứng dụng các hệ thống lái trợ lực thuỷ lực trên xe ôtô

2- Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

3- Tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu trên mô hình với các chế độ điều chỉnh và điều khiển khác nhau, trên cơ sở đó đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống lái

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm cơ sở lý thuyết cho việc nghiên cứu

về tính hiệu quả của hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực và quá trình giảm lực tác động lên vòng tay lái trong quá trình điều khiển động học của ôtô,

phục vụ cho công tác giảng dạy, bảo dưỡng điều chỉnh hệ thống lái và nghiên cứu khác về lái

Đề tài nghiên cứu đã nhận được sự động viên, cổ vũ và sự chỉ bảo tận tình của Thày TS Đinh Ngọc Ân và các Thày trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng Viện cơ khí Động lực Trường ĐHBK Hà Nội cùng các đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp Tôi xin trân trọng cảm ơn sự gúp đỡ quý báu đó để bản luận văn của tôi hoàn thành và đạt kết quả

Tác giả

Nguyễn Chí Thanh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1- ĐẶT VẤN ĐỀ:

Với các chính sách ưu tiên phát triển ngành công nghiệp ôtô của nước

ta, bước đầu nội địa hóa các chi tiết, các cụm chi tiết và các hệ thống trên ôtô

Để có thể nội địa hoá một phần hay hoàn toàn ôtô trong tương lai cần phải có những đầu tư nghiên cứu một cách kỹ lưỡng Trên thực tế hiện nay, một số chi tiết trên ôtô đã được nội địa hoá nhưng phần lớn các chi tiết này không quan trọng và chủ yếu là làm theo mẫu đặt hàng Để có thể nội địa hoá các chi tiết, cụm chi tiết hay cả một hệ thống đòi hỏi phải có những nghiên cứu cả về

lý thuyết cũng như ứng dụng thực tế

Hệ thống lái (HTL) là cơ cấu an toàn của ô tô, dùng để điều khiển hướng chuyển động của ô tô theo ý muốn của người lái xe như vòng phải, vòng trái đi thẳng Nó là một trong những cụm tổng thành chính và đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển ô tô trên đường

Chất lượng của một HTL trên ô tô được đánh giá thông qua tính toán

về động học quay vòng, góc đặt của bánh xe dẫn hướng, lực đặt vào vòng tay lái, đồng thời đảm bảo tính ổn định chuyển động của ô tô khi điều khiển Đây

là vấn đề luôn được quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học, các chuyên gia kỹ thuật trong ngành công nghệ ô tô Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh, mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn Các xe ngày càng được thiết kế với công suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với HTL ngày càng cao và nghiêm ngặt hơn Một ô tô có HTL tốt, có độ tin cậy cao thì mới có khả năng phát huy hết công suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc độ cao, tính năng kinh

tế nhiên liệu, tính an toàn và hiệu quả chuyển động của ô tô

Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần phải giải quyết đối với hoạt động của HTL, đó là khi ô tô thay đổi tải trọng, điều kiện mặt đường khác nhau, góc đặt bánh xe khác nhau thì lực tác động lên vòng tay lái cũng phải thay đổi sao cho người lái xe cảm nhận được và bỏ ra lực là nhỏ nhất Trong trường hợp khi xe đang quay vòng, hiện tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn đến các hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất ổn định khi xe quay vòng

Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi điều khiển HTL, phần lớn các ô tô hiện nay đều được trang bị HTL có trợ lực thuỷ lực Ngày nay, HTL có trợ lực thuỷ lực đã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu trong các xe ô tô hiện đại kể cả trên xe ô tô du lịch và xe ô tô tải đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn các nước trên thế giới ở thị trường Việt Nam, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ đã qua sử dụng, một số loại xe được lắp ráp trong nước cũng đã trang bị hệ thống này Ngoài ra các nhà quản lý kỹ thuật và các chuyên gia đầu ngành cũng đề xuất đến vấn đề ban hành các tiêu chuẩn quy định về việc sử dụng ô tô có trang bị HTL có trợ lực thuỷ lực với các mốc thời gian cụ thể

Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của HTL có trợ lực bằng thuỷ lực nói riêng và của ô tô nói chung, việc nghiên cứu

và nắm vững hệ thống này là cần thiết Nội dung về HTL có trợ lực bằng thuỷ lực đã được một số trường đại học, cao đẳng chuyên ngành, các trung tâm đào tạo đưa vào nghiên cứu và giảng dạy trong nhiều năm qua Nhưng nhìn chung, hiệu quả chưa cao và có những khó khăn chung như: tài liệu tham khảo về HTL trợ lực thuỷ lực cũng còn ít, thiếu tính hệ thống; các mô hình, thiết bị về HTL có trợ lực bằng thuỷ lực để phục vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu vẫn còn ít, thiếu tính đồng bộ, chưa hoạt động hoàn thiện, chỉ đơn thuần là một mô hình cấu tạo Vì vậy, nội dung truyền đạt cho sinh viên về hệ

thống này vẫn còn đơn điệu, nghiêng về cấu tạo và hoạt động đơn giản của hệ thống, thiếu tính sinh động và tính tìm tòi sáng tạo của sinh viên Đang có một khoảng cách khá xa giữa thực tế bên ngoài và những gì giảng dạy trong nhà trường

Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập và nghiên cứu về hệ thống này, đề tài ‘Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

với các chế độ điều khiển khác nhau’ đã được thực hiện với ba nhiệm vụ

chính:

- Thiết kế và chế tạo một mô hình HTL có trợ lực bằng thuỷ lực trên cơ

sở các thiết bị của một ô tô thật TOYOTA COROLA 1.8, để phục vụ cho công tác giảng dạy, học tập và nghiên cứu của sinh viên chuyên ngành ô tô

- Nghiên cứu về vấn đề trợ lực lái và các giải pháp điều khiển

- Thí nghiệm và đánh giá một số chế độ điều khiển

1.2-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 rô bốt 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 ngành 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 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 Steerig), 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 HTL trên xe

• Xác định lực tác dụng lên vành tay lái để tính toán kết luận khả năng sử dụng với từng HTL

• 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

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

1.3-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 IKD 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 PGS 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

1.4 -LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

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 sãn 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 lưu lượng của bơm dầu trợ lực lái tới lực quay vòng tay lái, khi có và không có trợ lực thuỷ lực Được sự ủng hộ của TS Đinh Ngọc Ân và Bộ môn Ôtô Trường đại học Bách khoa Hà nội, đề tài nghiên cứu hệ thống lái trợ lực thuỷ lực với các chế độ điều khiển khác nhau được chấp nhận là đề tài luận văn Thạc sỹ khoa học

1.5- MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:

Nhiệm vụ chính được đặt ra của đề tài là nghiên cứu cơ bản lý thuyết điều khiển lái có trợ lực thuỷ lực và chế tạo mô hình HTL có trợ lực bằng thuỷ lưc để 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

Mô hình phải hoạt động tốt, thể hiện rõ chức năng làm việc của HTL có trợ lực thuỷ lực ở các chế độ điều khiển khác nhau và phục vụ tốt cho công tác giảng dạy và nghiên cứu

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

1.6- GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

1.6.1- Giới hạn phạm vị nghiên cứu

Do hạn chế về thời gian và kinh phí, nên phạm vi của đề tài xin được giới hạn ở ba nội dung (đã trình bày ở phần lời nói đầu)

- Nghiêncứư các lý thuyết và ứng dụng các hệ thống lái trợ lực trên xe ôtô

- Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

- Tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu trên mô hình với các chế độ điều chỉnh và điều khiển khác nháu, trên cơ sở đó đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống lái

1.6.2- Phương pháp nghiên cứu

* Nghiên cứu lý thuyết về các mối quan hệ trong HTL và các yếu tố ảnh hưởng đến HTL

* Nghiên cứu các giải pháp điều khiển HTL trợ lực thuỷ lực

* Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình hoạt động của HTL có trợ lực bằng thuỷ lực và thử nghiệm quá trình điều khiển của hệ thống trợ lực thuỷ lực khi thay đổi các thông số liên quan

Hệ thống lái thực tế ( Hình 2-1) có cấu trúc gồm 5 phần tử cơ bản :

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

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 2-2 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 Pc1và 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 2-3) 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 (Hình 2-4)

2.2 CÁC TRẠNG THÁI QUAY VÒNG:

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 2-3 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

Hình 2-4 Bán kính quay vòng bánh xe

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

Hình 2.4-Các trạng thái quay vòng của xe.

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 2-4)

Trạng thái quay vòng thừa (h ình 2-4) 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

Tr¹ng th¸i quay vßng "thiÕu "

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

2.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI:

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

* Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WD)

+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WD)

* Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực

+Hệ thống lái cơ khí

+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén

+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng điện

* Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái

+ Cơ cáu lái kiểu trục vít lõm- con lăn

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít – răng rẻ quạt và trục vít -đai ốc

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít -thanh răng

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh khía

+ Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn

* Phân loại theo bố trí vành lái

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên trái )

+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên phải )

Hiện nay sử dụng phổ biến nhất là kiểu thanh răng – trục răng và kiểu

bi tuần hoàn

2.4 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI:

An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là HTL Để giảm nhẹ lao động cho người lái cũng như tăng thêm độ an toàn cho ôtô , ngày nay trên ôtô thường sử dụng cường hoá lái

Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động trên mọi loại đường từ giải tốc độ thấp tới giải tốc độ cao, HTL cần đảm bảo các yêu cầu sau;

HTL phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của HTL phải đảm bảo không gây nên các dao động và va đập trong HTL

+ Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng: các bánh xe dẫn hướng sau khi thực hiện quay vòng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng chỉ cần đặt lực trên vành lái nhỏ hơn khi xe đi đường vòng

+ Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Khi xe quay vòng trên đường hẹp ,đường gấp khúc, HTL có thể quay ngặt các bánh xe trước một cách dễ dàng Quay vòng ngặt là trạng thái quay vòng với thời gian quay vòng ngắn và bán kính quay vòng nhỏ

+ Đảm bảo lực lái thích hợp: Lực người lái đặt lên vành lái khi quay vòng phải nhỏ, lực lái cần thiết sẽ lớn khi xe đứng yên và sẽ giảm khi tốc độ

xe tăng Vì vậy cần phải đảm bảo lực lái nhỏ nhưng vẫn gây được cảm giác về trạng thái mặt đường

+ HTL không được có độ dơ lớn: Với xe có vận tốc lớn nhất trên 100Km/h, thì độ dơ vành lái không vượt quá 180, với xe có vận tốc lớn nhất từ 25 km/h đến 100km/h thì độ dơ vành lái không vượt quá 270

+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người lái Đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch

để giảm tác động từ mặt đường qua kết cấu lái lên vô lăng

+ Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng + Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều khiển ôtô

2.5 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ THỐNG LÁI:

Sơ đồ tổng quát của HTL không có trợ lực gồm có vành tay lái, trục lái,

cơ cấu lái và dẫn động lái

Hình 2.5-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái

1.vành tay lái 5.Thanh kéo dọc

2.Trục lái 6.Đòn quay ngang

3.Cơ cấu lái 7.Hình thang lái

4.Đòn quay đứng 8.Bánh xe dẫn hướng

1

6

2 3

7 4

5

8

8

2.6 SƠ ĐỒ TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN HỆ THỐNG LÁI:

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 2-6

Hình 2-6- 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

• 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 2-1:

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

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 thắngđược 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

2.7- CÁC YẾU TỐ VỀ KẾT CẤU VÀ SỬ DỤNG ẢNH HƯỞNG TỚI LỰC LÁI, TÍNH NĂNG ỔN ĐỊNH VÀG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA HỆ THỐNG LÁI:

Từ hai công thức 2-5 và 2-6 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 :

M L=Md – Mch ≥ Mc – Mch (2-7)

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

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

ô tô 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 dọccủa trụ đứng và chế độ

lệch dọc)

+ Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng)

+ Độ chụm và độ mở (góc doãng)

Các góc này được mô tả trong hình 2-7

Hình 2-7- Các góc đặt của bánh xe dẫn hướng

2.7.1.1 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 2.8 - 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 2-9 - 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 2-10 - mô tả góc camber khi xe quay vòng

Khi xe chạy vào đường 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 2-11- mô tả camber bằng không và camber dương

Khi camber bằng không lý do chính để chấp nhận camber bằng không là

nó giúp cho lốp xe mòn đều Nếu bánh xe có camber dương hoặc âm thì góc nghiêng của bánh xe so với mặt đường sẽ làm cho bán kính quay vòng của phần phía trong và phía ngoài khác nhau, và lốp xe sẽ mòn không đều Camber bằng không giúp ngăn ngừa hiện tượng này

Khi camber dương có tác dụng sau đây:

+ Giảm tải trọng thẳng đứng Trong trường hợp góc camber bằng không, tải trọng tác dụng lên trục bánh xe theo hướng F’ Khi có camber dương, tải trọng F’ này chuyển thành lực F tác dụng theo hướng cam lái Nhờ thế, mô men tác dụng lên trục bánh xe và cam lái giảm xuống

+ Ngăn ngừa tuột bánh xe ra khỏi trục Tải trọng F tác dụng lên bánh xe

có thể phân chia thành hai thành phần F1 và F2 F2 là lực theo chiều trục và

có xu hướng đẩy bánh xe vào phía trong, giữ cho bánh xe không bị trượt ra khỏi trục

+ Ngăn ngừa phát sinh camber âm ngoài ý muốn do tải trọng Giữ cho phía trên của bánh xe không bị nghiêng về phía trong do sự biến dạng của các bộ phận của hệ thống treo và bạc lót, gây ra bởi trọng lượng hàng và hành khách

+ Giảm lực lái Điều này sẽ được giải thích chi tiết trong phần góc kingpin

2.7.1.2 Góc Caster và khoảng Caster (Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc )

Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ đứng Nó được đo bằng độ, và được xác định bằng góc giữa trụ xuay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Nếu trụ xuay đứng nghiêng về phía sau thì gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm

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

Góc Caster và khoảng Caster được thể hiện ở hình 2-12

Hình 2.12 – Caster và khoảng Caster

Tác dụng của góc Caster 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 (2-8)

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 00đến 30

Hình 2-13- 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 2-13 cũng thể hiện khả năng hồi vị bánh xe nhờ góc caster Nêú 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 2-14- Dạng hình học Nachlauf và Vorlauf

Trên hình 2-14 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 Nachlauf 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 với đặc tính của xe

2.7.1.3 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 2.15 - Góc KingPin

Tác dụng của góc KingPin :

Trên hình 2-16 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 2-16 mô tả tác dụng giảm phản hồi và kéo lệch sang một bên của góc kingpin

Hình 2-16-Tác dụng giảm lực đánh lái và giảm lực phản hồi

Hình 2-17 Tác dụng giảm lực đánh lái

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

2.7.1.4 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 2-18 mô tả vai trò của độ chụm của bánh xe dẫn hướng

Hình 2-18 - 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

Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành tay lái Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng hoàn toàn

Thông thường, mục đích ban đầu của góc chụm là khử bỏ lực đẩy ngang do góc camber tạo ra Vì vậy, góc chụm ngăn ngừa bánh xe mở ra hai bên khi có canber dương Tuy nhiên, trong những năm gần đây, do áp dụng camber âm và do hiệu quả của hệ thống treo và lốp tăng lên nên nhu cầu khử bỏ lực đẩy ngang không còn nữa Do vậy, mục đích của góc

chụm đã chuyển thành đảm bảo độ ổn định chạy trên đường thẳng Khi

xe chạy trên đường nghiêng, thân xe sẽ nghiêng về một bên Khi đó xe

có khuynh hướng quay về phía nghiêng Nếu phần phía trước của mỗi bánh xe chụm vào trong(độ chụm), thì xe có khuynh hướng chạy theo hướng ngược lại hướng nghiêng Vì vậy, độ ổn định đường thẳng được duy trì

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Lực Pf này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay đứng Mômen này tác dụng vào hai bánh

xe và ép hai bánh xe về phía sau Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm ∆= B-A dương Với góc ∆ như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái

Hình 2.19 - Độ chụm bánh xe dẫn hướng

ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về phía trước Bởi vậy góc ∆ giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng động cơ ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt ∆ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không

Trên xe con độ chụm thường có giá trị từ 2÷3 mm

CHƯƠNG III

HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC

3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG L ÁI

3.1.1 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 dân 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

3.1.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái

Trợ lực lái được chia thành các kiểu sau :

3.2.1.1 Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực:

Hình 3.1 - Tổng quan hệ thống lái có trợ lực

Trên hình 3-1 là sơ đồ tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực bao gồm các nộ 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