Chương 7 hệ thống lái trên ô tô

 Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM CHƯƠNG VII : Hệ Thống Lái HỆ THỐNG LÁI STEERING SYSTEMS I Công dụng phân loại yêu cầu: I.1 Công dụng: Hệ thống lái ôtô dùng thay đổi hướng chuyển động giữ cho ôtô chuyển động theo hướng định I.2 Phân loại :  Theo bố trí bánh lái:  Bánh lái bố trí bên phải  Bánh lái bố trí bên trái Bánh lái bố trí bên phía trái hay phải tuỳ theo luật pháp quốc gia qui định  Theo số lượng bánh dẫn hướng:  Hệ thống lái với bánh dẫn hướng cầu trước  Hệ thống lái với bánh dẫn hướng hai cầu  Hệ thống lái với bánh dẫn hướng tất cầu  Theo kết cấu nguyên lý cấu lái:  Loại trục vít - cung  Loại trục vít - lăn  Loại trục vít - chốt quay  Loại liên hợp  Theo kết cấu trợ lực (cường hóa ):  Loại trợ lực khí nén  Loại trợ lực thủy lực  Loại trợ lực liên hợp Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 129  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hệ Thống Lái I.3 Yêu cầu :  Quay vòng thật ngoặt thời gian ngắn diện tích bé  Lái nhẹ tiện lợi  Động học quay vòng để bánh xe không bị trượt lê quay vòng  Tránh va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên bánh trái  Giữ chuyển động thẳng ổn định ôtô II Động học quay vòng ôtô : Tâm quay vòng tức thời Hình 8.1: Động học quay vòng ôtô Lt: khoảng cách hai trục đứng L: chiều dài sở ôtô Xét hai tam giác vuông OAB ODC ta có: cotgn = OA/AB (1) cotgt = OD/CD (2) Laáy (1) – (2) ta được: cotgn - cotgt = OA/AB - OD/CD cotgn - cotgt = Lt/L = const Điều chứng tỏ, để đảm bảo động học ôtô quay vòng hiệu số cotgn - cotgt luôn số Khi quay vòng, ôtô xem vật thể thống mà tất điểm quay quanh tâm tức thời thời điểm Để đạt điều kiện Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 130 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM trên, bánh xe quay vòng không bị trượt đồng thời để điều khiển dễ dàng đường tâm quay bánh xe phải gặp điểm O III Phân tích kết cấu hệ thống lái: Tỷ số truyền động lái góc độ mà vô lăng phải quay để kéo hai bánh trước chuyển động Tỷ số truyền động thấp, tay lái nặng Tỷ số truyền động lái thấp gọi tay lái nhanh thường 18 đến 20 : 1( số vòng quay vô lăng ), Tỷ số truyền động lái cao gọi tay lái chậm ( số vòng quay vô lăng nhiều ) Vành tay lái Trục lái Ống lái Hộp tay lái Đòn quay Tay chuyển hướng Đòn dọc Đòn ngang Dầm cầu Đòn bên Bánh xe Trục đứng Hình 8.2: Sơ đồ cấu lái 1: Vô lăng 2: Trục tay lái 3: Cơ cấu lái 4: Thanh nối lái 5: Bi tròn 6: Đai ốc 7: Trục rẽ quạt 8: Trục vít Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 131 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM III.1 Dẫn động lái: Dẫn động lái gồm hệ thống lái đòn để truyền lực từ cấu lái đến quay bánh xe Đồng thời đảm bảo cho bánh xe ôtô quay vòng với động học Bộ phận quan trọng dẫn động lái hình dạng hình thang lái Hình thang lái có nhiệm vụ bảo đảm động học bánh dẫn hứơng làm cho bánh xe khỏi bị trượt lê lái, bớt hao mòn lốp Xà ngang Cần chuyể n hướng Đòn quay đứng Trục tay lái Vô lăng Bánh xe Steering gear Đòn kéo bên Cần chuyển hướng Thanh kéo dọc Đòn kéo Đòn quay đứng Hình 8.6: Hình thang lái Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 132 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM III.2 Cơ cấu lái không trợ lực: a Trục vít – cung răng: Cung cung thường cung bên Cung bên có ưu điểm tiếp xúc theo toàn chiều dài Do giảm ứng suất tiếp xúc hao mòn thích hợp với ôtô tải lớn Cung thường Cung bên Hình 8.3: Sơ đồ trục vít – cung Tỷ số truyền: i = 2r0 /t r0: Bán kính vòng tròn sở cung t: Bước trục vít b.Trục vít – lăn: Trục vít Con lăn Con lăn Δ = 5÷7 mm Đòn dọc Tay chuyển hướng Hình 8.3: Sơ đồ trục vít – lăn Ưu điểm trục vít có dạng glopoit chiều dài trục vít không lớn tiếp xúc ăn khớp lâu hơn, nghóa giảm áp suất riêng tăng độ chống mòn Tải trọng tác dụng lên chi tiết phân tán, tùy theo cỡ ôtô mà có đến vòng ren Giảm ma sát, có ma sát lăn Có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 133 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Đường trục lăn nằm lệch trục vít đoạn  = ÷ 7mm ( cho phép điều chỉnh sử dụng ) Tỷ số truyền: i = 2r2/tz1 r2 : Bán kính vòng tròn ban đầu hình glopoit trục vít t : Bước trục vít z1: Số đường ren trục vít c Trục vít - chốt quay: Ưu điểm có tỷ số truyền thay đổi Dùng chủ yếu ôtô tải ôtô khách Nếu bước trục vít không thay đổi tỷ số truyền xác định: Trục vít Chốt quay i = (2r2 / t) x cos : Góc quay tay chuyển hướng r2: Bán kính đòn quay Hình 8.4: Sơ đồ trục vít – chốt quay d Loại liên hợp: Thường dùng hai loại trục vít ecrou – khía – cung Tiếp trục vít ecron dãy bi nằm theo rãnh trục vít ( ma sát lăn) Trục vít có rãnh xoắn ốc giống đường ren đai ốc, có nhiều viên bi chuyển động tuần hoàn trục đai ốc bi Khi xoay vô lăng trục có rãnh ren làm chuyển động đai ốc bi lên hay xuống Phần đai ốc bi ăn khớp với hình rẽ quạt trục xoay sang phải hay trái làm quay bánh xe Tỷ số truyền: r0: Bán kính trục vít t : bước trục vít Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  ic = 2r0/t Trang 134 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Trục vít Thanh khía Ecrou Trục rẽ quạt 2: Trục vít 3: Bi ống dẫn 4: Vòng bi đỡ 5: Trục 6: Đai ốc bi ( Ecrou bi) Hình 8.5: Cơ cấu lái loại liên hợp III.3 Cơ cấu lái trợ lực lái : Do cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn ôtô dùng lốp rộng bản, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc nên cần lực lái lớn Lực lái giảm cách tăng tỷ số truyền cấu lái phải xoay vô lăng nhiều, không hiệu phải rẽ gấp Chính cần phải dùng cấu lái trợ lực Bình chứa dầu Bơm trợ lực Van điều khiển Cơ cấu lái Hình 8.6: Sơ đồ cấu lái trợ lực a Bơm trợ lực: Bơm dẫn động điện hay dây courroie puli trục khuỷu, cánh van trượt vào rôto luôn tiếp xúc với vách bơm hình ôvan Khi rôto quay, nơi vị trí đường kính rộng vỏ bơm, cánh van bung ra, khoảng không rôto vách bơm trở nên lớn, tạo lực hút dầu Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 135  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hệ Thống Lái vào Khi quay đến vị trí đường kính nhỏ, cánh van thu vào, khoảng cách rôto vách bơm trở nên nhỏ, dầu bơm Bơm có trang bị van điều áp để giới hạn áp suất tối đa bơm khoảng 750 PSI (1 PSI = 0,07 kg/ cm 2) Do lưu lượng bơm tăng tốc độ động Tốc độ bơm tăng, lượng dầu tăng tạo mức độ trợ lực lớn nên giảm lực đánh tay lái Đây nhược điểm ảnh hưởng đến tính ổ định lái Vì cần phải trì lưu lượng dầu cung cấp đến bơm không đổi, nhiệm vụ van điều khiển lưu lượng Hình 8.7: Bơm trợ lực lái Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 136 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM b Trợ lực lái thủy lực loại khối: Hình 8.8.a: Trợ lực lái thủy lực loại khối 1: Xylanh thủy lực 2: Piston 3: Van trượt 4: Bánh rẽ quạt 5: Đai ốc bi 6: Trục vít 7: Vỏ 8: Bơm 9: Bình dầu 4/ 1 5/ 3/ 2/ 1/ Hình 8.8.b: Trợ lực lái thủy lực loại khối 1’, 2’ , 3’, 4’, 5’: Mạch dầu 3: Van trượt 10: Chốt đẩy lò xo 11: Vòng bi chà ( buýt tê) Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 137 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Piston (2) xy lanh thủy lực (1) ăn khớp với bánh rẽ quạt (4) Đầu thứ hai (4) ăn khớp với phần đai ốc bi (5) trục vít (6) Trục xoay bánh rẽ quạt (4) trục xoay đòn quay đứng Van trượt (3) khối với trụ lái trục vít (6) lắp vỏ van (7) có công dụng đóng mở mạch dầu 1’, 2’, 3’, 4’ 5’ Mặt trước mặt sau piston lực (2) thông với bơm (8) bình chứa (9) qua van trượt (3) Khi xe rẽ trái: Van trượt (3) nhích qua phải đóng mạch dầu (5’) mạch dầu (2’) cách ly khỏi bơm thủy lực Lúc mặt trước piston lực (2) thông với bơm qua mạch dầu (4’) mặt sau thông với bình chứa dầu qua mạch (2’) (1’) Vì vậy, piston lực áp suất dầu đẩy qua phải điều khiển xe rẽ trái c Trợ lực lái thủy lực loại cần đẩy: Gồm xy lanh lực van phân phối dùng để tạo lực tác động hai bánh xe trước xoay vô lăng Hệ thống dùng cấu lái tay điều khiển đòn quay đứng đóng mở van phân phối Hình 8.9.a: Trợ lực lái thủy lực loại cần đẩy 1: Bơm 2: Bình dầu 3: Van phân phối 4: Xylanh lực 5: Dầu hồi 6: Dầu áp suất cao Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 138 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hình 8.9.b: Trợ lực lái thủy lực loại cần đẩy xe chạy thẳng Một đầu xylanh lực gắn khung xe, đầu liên kết với nối, đầu lại nối tiếp hợp với van phân phối cấu dẫn động lái Van phân phối xy lanh lực liên lạc với nhờ ống dẫn dầu cao áp Đầu cuố i đòn quay đứng có dạng hình cầu ráp khớp vào lỗ hình cầu nơi van phân phối để điều khiển van naøy 1: Vane pump 2: Reservoir tank 3: Control valve 4: Power cylinder Hình 8.9.c: Trợ lực lái thủy lực loại cần đẩy xe chạy rẽ trái Khi xoay vành lái qua trái qua phải, đòn quay đứng tác động van phân phối Van điều khiển phân phối thủy lực vào mặt hay mặt piston xylanh lực d Trợ lực lái thủy lực loại trục - răng: Cảm biến tốc độ Bình dầu Mô đun điều khiển Bơm Van phân phối Trục – Hình 8.10: Trợ lực lái thủy lực loại trục – Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 139  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hệ Thống Lái Hệ thống lái trợ lực điều khiển áp suất đưa dầu vào cấu lái Ở tốc độ thấp hay xe dừng, áp suất dầu vào cấu lái cao cho phép người tài xế điều khiển dễ Khi tốc độ cao áp suất đưa vào cấu lái giảm, điều cho phép người điều khiển xe xác tốc độ cao Cảm biến tốc độ gởi tín hiệu điện tới mô đun điều khiển Mô đun điều khiển dịch chuyển van cụm van để điều khiển áp suất bơm xác  Khi chuyển động thẳng: Dầu từ bơm tới van điều khiển Lúc van vị trí trung gian, dầu chảy qua van đến đường hồi bơm Khi không sinh áp suất dầu lớn áp suất hai bên piston Dầu áp suất cao Van điều khiển Xylanh Bơm Dầu hồi Piston Hình 8.11.a: Trợ lực lái loại trục – vị trí trung gian  Khi quay vòng: Quay vô lăng sang trái hay phải, van điều khiển chuyển làm đóng cửa dầu, cửa dầu lại mở rộng Điều làm thay đổi thể tích dầu tạo áp suất Khi có lệch áp suật hai piston làm piston dịch chuyển phía có áp suất thấp để đẩy dầu phía bơm qua van điều khiển Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 140 Dầu áp suất cao Van điều khiển Xylanh Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Bơm Dầu hồi Piston Hình 8.11.b: Trợ lực lái loại trục – quay vòng Thanh xoắn Dầu đến xylanh Dầu hồi Van phân phối Dầu từ bơm Dầu đến Đến xylanh 10 Dầu 11 Chuyển động thẳng Quay vòng phải Quay vòng trái Hình 8.12: Trợ lực lái loại van xoay 1: Xylanh trợ lực 2: Piston 3: Đệm 4: Thước 5: Đến xylanh trái 6: Đến xylanh phải Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  7: Dầu 8: Dầu đến 9: Thân van 10: Van 11: Trục xoắn Trang 141  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM e Trụ lái: Hệ Thống Lái Chuyển động thẳng Cơ cấu lái truyền chuyển động quay tròn vô lăng thành chuyển động thẳng để điều khiển bánh lái phía trước bảo đảm tỷ số truyền theo yêu cầu nhà chế tạo Chuyển động quay Hình 8.13: Mô tả chuyển động lái  Trụ lái kiểu ống lồng: Trụ lái cấu tạo theo kiểu ống lồng, gồm hai ống lồng vào Khi có tai nạn, người lái xe bị va vào phía trước, lượng va đập bị cột lái hấp thụ cách chùng lại Hình 8.14: Trụ lái kiểu ống lồng  Trụ lái điều chỉnh độ cao: Cấu tạo gồm: Bánh cóc, cần hãm cóc với cần nghiêng nối vào miếng chặn cóc Một lò xo giúp miếng chặn cóc cần hãm tác dụng lên cần hãm cóc Độ nghiêng lựa chọn tuỳ ý nhờ bánh cóc, góc nghiêng cực đại 90 so với vị trí trung hoà Hình 8.15: Trụ lái điều chỉnh độ cao  Trụ lái hấp thụ va đập trục lái: Cấu tạo gồm giá đỡ dạng cong hàn vào ống trục lái xiết thân xe đai ốc Phần vấu giữ giá đở dễ vỡ đươc gắn vào thân xe Trục chia làm hai phần nối chốt nhựa 1: Khi tai nạn 2: Khi có tai nạn Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô Hình 8.16: Trụ lái hấp thụ va đập  Trang 142  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hệ Thống Lái Khi xe đâm vào chướng ngại vật có lực dọc trục đủ lớn tác dụng từ cấu lái lên trục lái Va đập (sơ cấp) bẻ gãy chốt nhựa trục Trục trượt lên phía tránh cụm vô lăng chuyển gây thương tích Nếu thân người lái tiếp tục đập vào vô lăng (va đập thứ cấp), giá đỡ dễ vỡ cắt đứt chốt nhựa tụt khỏi vấu giữ Toàn trục i chuyển động để hấp thụ va đập IV Đặc tính hình học dàn đầu ôtô: IV.1: Chiều cao treo xe: Là khoảng cách đo điểm thân, sườn xe hay nơi hệ thống treo đến mặt đất Chiều cao treo xe không đúng, tác động đến đặc tính hình học dàn Chiều cao đầu Trong hệ thống treo xe, lò xo treo xe xoắn bị co lại, nhíp bị dãn chỉnh sai xoắn đưa đến tình trạng sai lệch chiều cao treo xe Hình 8.17: Chiều cao treo xe IV.2: Góc doãng bánh xe: ( Camber) Góc Camber góc bánh xe nghiêng bên phải hay bên trái so với đường thẳng góc với mặt đường Nếu đầu bánh xe nghiêng ra, ta có góc Camber dương ngược lại góc Camber âm Hình 8.18: Góc doãng bánh xe ( Góc Camber ) Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 143  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hệ Thống Lái Khi xe chở nặng di chuyển bánh xe lăn thẳng góc mặt đường, lốp xe mòn ( góc Camber ) Khi góc doãng bị sai lệch làm nặng tay lái, bị đảo không ổ định Nếu sai lệch lớn đưa đến tình trạng rung động dàn đầu vận tốc thấp IV.3: Góc nghiêng ngang trục chuyển hướng: Góc nghiêng ngang trục chuyển hướng góc đo trục xoay đường đứng thẳng góc với mặt đường ta nhìn vào đầu xe Một cách định nghóa khác, góc nghiêng ngang vào trục xoay  Tạo tính ổn định tay lái cách kéo hai bánh xe dẫn hướng vị trí hướng thẳng sau qua khúc quanh, gọi khả quay trở lại  Giảm bớt lực dùng để bẻ lái, đặc biệt lúc xe đứng yên Hình 8.19: Góc nghiêng ngang Của trục chuyển hướng  Duy trì hai bánh xe trước luôn hướng thẳng bẻ lái, dàn đầu xe bị nhấc lên IV.4: Góc tổng hợp: Góc tổng hợp tổng số góc doãng ( Camber ) cộng với góc nghiêng ngang trục chuyển hướng Trị số góc tổng hợp định vị trí giao điểm đường tâm bánh xe với đường tâm trục xoay (quyết định độ chụm hay độ bẹt bánh xe dẫn hướng) IV.5: Độ nghiêng dọc chốt chuyển hướng hay trục xoay: ( Caster ) Nhìn vào hông xe thấy trục xoay nghiêng sau hay trước so với đường thẳng góc với mặt đường Nếu phía trục xoay nghiêng sau xe, ta có độ nghiêng dọc Dương ngược lại có nghiêng dọc Âm Nói cách khác, khớp nối hình cầu phía nằm phía sau đường thẳng góc với mặt đường, ta có độ nghiêng dọc Dương, khớp nối nằm trước đườ ng thẳng góc mặt đường, ta có góc nghiêng Âm Nếu khớp nối hình cầu Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 144 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM nằm đường thẳng đứng ta có góc nghiêng dọc trục xoay số không Góc gây ảnh hưởng đến tình hình mòn vỏ xe Nếu góc Caster dương hai bánh, thân xe bị dạt phía cua Nếu góc Caster âm hai bánh, thân xe bị dạt vào phía cua Góc nghiêng dọc trục xoay có công dụng:  Duy trì ổn định kiểm soát hướng di chuyển xe cách an toàn  Làm tăng khả quay trở lại hai bánh xe dẫn hướng  Làm giảm lực tác động quay vành lái Hình 8.20: Góc Caster IV.6: Độ chụm – bẹt đầu xe: ( Góc Toe in - Toe out) Từ nhìn xuống, độ chụm hay bẹt làm cho phía trước hai bánh xe gần phía sau hay ngược lại Mục đích bảo đảm cho hai bánh trước song song lăn mặt đường, nhờ ổn định lái xe, tránh tình trạng rẽ ngang giúp vỏ không bị mòn nhanh Góc toe công dụng bù trừ vào độ võng nhỏ hệ thống treo xe chuyển CAMBER TOE - OUT Hình 8.21: Góc Toe Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 145  Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Hệ Thống Lái IV.7: Bán kính quanh xe: Là độ khác hai góc tạo nên hai bánh xe trước với khung trình xe qua đoạn cong Bánh xe bên đánh vòng cung nhỏ bánh xe bên ngoài, bánh xe bên phải có độ bẹt lớn để bảo đảm bánh xe không bị rê ngang bị mòn nhanh Hình 8.22: Bán kính xe quay vòng Lý Thuyết Khung Gầm Ôtô  Trang 146 ... động thẳng ổn định ? ?tô II Động học quay vòng ? ?tô : Tâm quay vòng tức thời Hình 8.1: Động học quay vòng ? ?tô Lt: khoảng cách hai trục đứng L: chiều dài sở ? ?tô Xét hai tam giác vuông OAB ODC ta có:... học ? ?tô quay vòng hiệu số cotgn - cotgt luôn số Khi quay vòng, ? ?tô xem vật thể thống mà tất điểm quay quanh tâm tức thời thời điểm Để đạt điều kiện Lý Thuyết Khung Gầm ? ?tô  Trang 130 Hệ Thống. .. đồ cấu lái 1: Vô lăng 2: Trục tay lái 3: Cơ cấu lái 4: Thanh nối lái 5: Bi tròn 6: Đai ốc 7: Trục rẽ quạt 8: Trục vít Lý Thuyết Khung Gầm ? ?tô  Trang 131 Hệ Thống Lái  Trường Đại Học Công Nghiệp