Bài tiểu luận hệ thống lái trợ lực thủy lực

1.3.Mục tiêu của tiểu luận Giúp người đọc hiểu rỏ về cấu tạo cũng như nguyên lí hoạt động của hệ thống lái, trợ lực lái vàgóc đặt bánh xe.. Quá trình phát triển các hệ thống lái trên xe

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐỘNG LỰC

Môn : Hệ Thống Chuyển Động Ô Tô

BÀI TIỂU LUẬN GVHD: Nguyễn Xuân Ngọc

SVTH: Nhóm 3

Thành Phố Hồ Chí Minh, 24/09/2018

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC

SVTH : NGUYỄN TRUNG SƠN

: CỔ VIỆT THÀNH : NGUYỄN PHÚC XUÂN SANG : NGUYỄN VĂN THÀNH

KHOA : CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

GVHD : NGUYỄN XUÂN NGỌC

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGÀY NHẬN TIỂU LUẬN: 30-07-2018

NHẬN XÉT CỦA GVHD:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

,Ngày ,Tháng ,Năm Chữ ký của GVHD

LỜI CAM KẾT

Tôi, Bùi Trọng Sơn đại diện cho cả nhóm, xin cam đoan rằng những công việc trình bày trongtiểu luận này mang tên “HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC” là tác phẩm do chính nhómchúng tôi hoàn thành, nội dung được trình bày theo sự hiểu biết của chúng tôi và có kết hợp thamkhảo thêm ở một số tài liệu từ sách và Internet Chúng tôi xin cam đoan không sao chép nguyênmẫu toàn bộ tác phẩm từ các nguồn tiểu luận khác trên các trang web

,Ngày ,Tháng, Năm Sinh viên ký tên

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIỂU LUẬN 8

1.1.Đặt vấn đề 8

1.2.Đối tượng và phạm vi tiểu luận 8

1.3.Mục tiêu của tiểu luận 8

1.4.Phương pháp tìm hiểu 8

Chương 2: HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 9

2.1.Khái quát chung 9

2.2.Công dụng: 10

2.3.Phân loại: 10

2.3.1.Theo bố trí vành lái: 10

2.3.2Theo số lượng bánh dẫn hướng: 11

2.3.3Theo kết cấu của cơ cấu lái : 12

2.4.Hệ thống lái trợ lực thủy lực 16

2.4.1Công dụng: 16

2.4.2.Cấu tạo của hệ thống lái có trợ lực thủy lực gồm: 17

2.4.3Bơm trợ lực lái: 17

2.4.4.Hoạt động của van điều tiết lưu lượng: 18

2.4.5Hộp cơ cấu lái: 20

2.4.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái có trợ lực thủy lực: 21

2.5.Góc đặt bánh xe 22

2.5.1.Góc Camber 23

2.5.2.Góc caster 25

2.5.3.Góc Kingpin 27

2.5.4.Độ chụm 29

2.5.5.Bán Kính quay vòng 30

Chương 3: NHỮNG CẢI TIẾN CỦA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC TRONG TƯƠNG LAI 31

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 32

1 Kết luận 32

2 Kiến nghị 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái 7

Hình 2: Hệ thống lái trên oto 8

Hình 3: Vành lái bên phải 8

Hình 4: Vành lái bên trái 9

Hình 5: xe dẫn hướng cầu trước 9

Hình 6: xe dẫn hướng cầu sau 10

Hình 7: cơ cấu lái trục vít –cung răng 11

Hình 8:Cơ cấu lái trục vít-con lăn: 12

Hình 9:Cơ cấu lái trục vít cung lăn 12

Hình 10:Cơ cấu lái trục vít thanh răng 13

Hình 11:Sơ đồ các loại dẫn động lái 14

Hình 12: cấu tạo hệ thống lái thủy lực 15

Hình 13: cấu tạo bơm trợ lực lái 16

Hình 14: NLHD van điều tiết lưu lượng ở chế độ thấp 16

Hình 15: NLHD van điều tiết lưu lượng ở chế độ trung bình 17

Hình 16: NLHD van điều tiết lưu lượng ở chế độ cao 17

Hình 17: cấu tạo của hộp cơ cấu lái 18

Hình 18: NLHD của hệ thống lái có trợ lực thủy lực 19

Hình 19:NLHD của hệ thống lái có trợ lực thủy lực 19

Hình 20: Các góc đặt bánh xe 20

Hình 21: góc camber 21

Hình 22: Lốp xe bị mòn không đều 21

Hình 23: khi xe quay vòng 22

Hình 24: góc caster 23

Hình 25: độ ổn định chạy trên đường thẳng nhờ góc caster 24

Hình 26: góc kingpin 25

Hình 27: góc kingpin âm,dương 26

Hình 28: độ chụm 27

Hình 29: bán kính quay vòng 28

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TIỂU LUẬN

1.1.Đặt vấn đề.

Như các bạn đã biết, những dòng xe hiện nay trên thị trường đa số được trang bị tính năngtrợ lực cho tay lái Vậy bạn đã biết rỏ về hệ thống trợ lực lái mà mình thấy hằng ngày haychưa? Hãy cùng tìm hiểu lịch sử hình thành, mục đích sử dụng cũng như cách mà người láiđược hỗ trợ khi điều khiển vô lăng Đầu tiên để biết vì sao trợ lực tay lái ra đời ta cần hiểuđược chức năng của hệ thống lái Hệ thống lái trên ô tô có 5 chức năng cơ bản

Điều khiển bánh xe dẫn hướng chính xác

Duy trì lực lái phù hợp

Truyền được cảm giác từ mặt đường đến người lái

Hấp thụ phần lớn lực tác động lên vô lăng

Đảm bảo hoạt động cảu hệ thống treo

Về mặt cơ khí, khi muốn giảm lực lái các kỹ sư chỉ cần tăng tỷ số truyền, nhưng đổi lại tài xế

sẽ phải đánh tay lái nhiều hơn mới có thể điều khiển xe như ý muốn, đôi khi không kịp xử lýtình huống dẫn đến mất an toàn

Vì vậy cần có một hệ thống trợ lực trung gian giúp đảm bảo đồng thời cả hai yêu cầu, lực taylái vừa phải và khả năng điều khiển chính xác

1.2.Đối tượng và phạm vi tiểu luận.

Đối tượng và phạm vi đối tượng là các bạn sinh viên và những người thích tìm hiểu về ô tô

1.3.Mục tiêu của tiểu luận

Giúp người đọc hiểu rỏ về cấu tạo cũng như nguyên lí hoạt động của hệ thống lái, trợ lực lái vàgóc đặt bánh xe

1.4.Phương pháp tìm hiểu.

Tìm hiểu bằng tài liệu tham khảo, qua mạng internet, sách báo, hỏi giáo viên

Ý nghĩa khoa học của tiểu luận và thực tiễn

Giúp cho người đọc biết được tên gọi và nguyên lý hoạt động của các chi tiết, hệ thống sau khihọc xong có thể áp dụng vào thực hành vàcông việc sau này

Chương 2: HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

Từ khi ô tô ra đời cho đến nay, hệ thống lái được cải tiến không ngừng để đáp ứng các tiêu

chí về an toàn và tiện nghi, tính an toàn chủ động trong điều kiện chuyển động với vận tốc cao vàmật độ các phương tiện tham gia giao thông lớn

Quá trình phát triển các hệ thống lái trên xe ô tô có thể liệt kê thành các hệ thống lái sau: hệthống lái thuần cơ khí, hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện,

hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái tích cực, hệ thống lái Steer by wire, hệ thống lái tự động

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái

2.1.Khái quát chung

Hệ thống lái cho phép người lái xe điều khiển hướng của xe bằng cách xoay các bánh xe dẫnhướng Hệ thống lái bao gồm các bộ phận như hình sau:

Hình 2: Hệ thống lái trên oto

2.3.1.1Vành lái bố trí bên phải

Hình 3: Vành lái bên phải

2.3.1.2Vành lái bố trí bên trái

Hình 4: Vành lái bên trái

Vành lái bố trí bên phía trái hay phải tuỳ theo luật đường bộ của từng quốc gia qui định.

2.3.2Theo số lượng bánh dẫn hướng:

2.3.2.1Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước

Hình 5: xe dẫn hướng cầu trước

2.3.2.2.Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau

Hình 6: xe dẫn hướng cầu sau

2.3.2.3.Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở hai cầu (4WS).

2.3.3Theo kết cấu của cơ cấu lái :

2.3.3.1.Cơ cấu lái loại trục vít - cung răng:

+Cung răng có thể là cung răng thường hoặc cung răng hai bên.Cung răng bên có ưu điểmtiếp xúc théo toàn bộ chiều dài răng.,do đó giảm được ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mòn chonên thích hợp cho oto tải lớn,xe SUV

+ Khi người điều khiển xoay vành lái qua lại trục lái xoay làm cho trục vít xoay tác độnglên cung răng quay như vậy là đòn quay đứng dịch chuyển qua lại quanh trục cung lăn làm dẫnđộng các bánh xe dẫn hướng quay theo yêu cầu mà người điều khiển cần đến

Hình 7: cơ cấu lái trục vít –cung răng

Như trên hình vẽ đã thể hiện, chiếc êcu ăn khớp với khối kim loại nhờ các viên bi tròn Các

bi này có hai tác dụng: một là nó giảm ma sát giữa các chi tiết Thứ hai, nó làm giảm độ rơ của

cơ cấu Độ rơ xuất hiện khi đổi chiều tay lái, nếu không có các viên bi, các răng sẽ rời nhau ratrong chốc lát gây nên độ dơ của tay lái

Hệ thống trợ lực của cơ cấu lái này cũng tương tự như của cơ cấu lái bánh răng – thanh răng.Việc hỗ trợ cũng được thực hiện bằng cách đưa dòng chất lỏng áp suất cao vào một phía củakhối kim loại

2.3.3.2Cơ cấu lái trục vít-con lăn:

1-trục vít lõm ; 2-con lăn; 3-trục lái; 4-trục con lăn; 5-trục bị động ; 6- vỏ cơ cáu lái

Ưu điểm của cơ cấu trục vít con lăn là kết cấu gọn,độ bền và độ chống mòn của các trục vít

và con lăn cao và có hiệu suất cao.Do trục vít có dạng glopoit nên chiều dài trục vít không lớnnhưng sự tiếp xúc các bánh răng ăn khớp được lâu hơn

Tải trọng tác dụng lên chi tiết được phân tán,tùy théo cỡ oto ma có 2 đến 4 vòng ren của conlăn chứ không tập trung tại một điểm như vậy khả năng mài mòn đều hơn ,trong cơ cấu này thì

ma sát trượt được thay thế bang ma sát lăn.Có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp

Khi người điều khiển xoay vành lái qua lại, trục lái xoay làm cho trục vít xoay tác động lêncon răng quay như vậy là đòn quay đứng dịch chuyển qua lại quanh trục của con lăn làm dẫnđộng các bánh xe dẫn hướng theo yêu cầu mà của con người điều khiển cần điến.

Thường sử dụng trên các xe tải

Hình 8:Cơ cấu lái trục vít-con lăn:

2.3.3.3Cơ cấu lái trục vít-chốt quay:

Ưu điểm cơ bản là có thể có tỷ số truyền thay đổi.Dùng chủ yếu ôt tải và oto khách

Khi người điều khiển xoay vành lái qua lại, trục lái xoay làm cho trục vít xoay tác động lêncon

2.3.3.4Cơ cấu lái trục vít –thanh răng:

Đặc điểm:

Cấu tạo đơn giản,gọn nhẹ.Do hộp truyền động nhỏ nên thanh răng đóng vai trò thanh dẫnđộng lái

Các răng ăn khớp trực tiếp nên độ nhạy của cơ cấu lái chắc chắn

Ít quay trượt và ít sức cản quay,và việc truyền mô-men tốt hơn vì vậy lái nhẹ

cụm cơ cấu lái hoàn toàn kín nên không cần phải bảo dưỡng

Trục vít tại đầu thấp hơn của trục lái chính ăn khớp với thanh răng.Khi vô lăng quay thì trụcvít quay làm cho thanh răng chuyển động sang trái hoặc phải làm dẫn động các bánh xe dẫnhướng quay theo yêu cầu mà người điều khiển cần thiết

Sử dụng phổ biến trên các oto du lịch ,xe tải nhỏ,xe SUV

Hình 9:Cơ cấu lái trục vít cung lăn.

Hình 10:Cơ cấu lái trục vít thanh răng.

Dẫn động lái:

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của bánh xe

Có nhiều loại thanh dẫn động lái và kết cấu khớp nối được thiết kế để thực hiện yêu cầu này

Bộ phận quang trọng của dẫn động lái là hình thang lái.Hình thang lái có nhiệm vụ bảo đảmđộng học bánh dẫn hướng làm cho bánh xe khỏi bị trượt lê khi lái,do đó bớt hào mòn lốp

Hình 11:Sơ đồ các loại dẫn động lái.

2.4.2.Cấu tạo của hệ thống lái có trợ lực thủy lực gồm:

1 Bình chứa.

2 Bơm trợ lực lái.

3 Hộp cơ cấu lái.

4 Cụm van điều khiển.

Công dụng: Hút dầu từ bình chứa sao đó đẩy vào hệ thống tạo áp lực dầu để hoạt động hệ

thống ( đẩy piston dịch chuyển)

Van điều tiết lưu lượng.

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

Hình 12: cấu tạo hệ thống lái thủy lực

2.4.4.Hoạt động của van điều tiết lưu lượng:

Ở chế độ thấp:

Hình 13: cấu tạo bơm trợ lực lái

Hình 14: NLHD van điều tiết lưu lượng ở chế độ thấp

Áp suất xả P1 của bơm tác động lên phía phải của van điều khiển lưu lượng và P2 tác độnglên phía trái sau khi đi qua các các lỗ Chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 lớn hơn khi tốc độ động

cơ tăng Khi sự chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 thắng sức căng của lò xo van điều khiển lưulượng thì van này sẽ dịch chuyển sang trái, mở đường chảy sang phía cửa hút vì vậy dầu chảy vềphía cửa hút Lượng dầu tới hộp cơ cấu lái được duy trì không đổi theo cách này

Ở chế độ trung bình:

Áp suất xả của bơm P1 tác đông lên phía trái của ống điều khiển Khi tốc độ bơm trên 1250v/ph, áp suất P1 thắng sức căng lò xo (B) và đẩy ống điều khiển sang phải do đó lượng dầu quacác lỗ giảm gây ra việc giảm áp suất P2.Kết quả là chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 tăng Theo

đó van điều khiển lưu lượng dịch chuyến sang trái và đưa dầu về phía cửa hút giảm lượng dầuvào hộp cơ cấu lái Nói cách khác khi ống điều khiển chuyển sang phải, lượng dầu qua các lỗgiảm

Hình 15: NLHD van điều tiết lưu lượng ở chế độ trung bình

Ở tốc độ cao:

Khi tốc độ bơm vượt 2500 v/ph, ống điều khiển tiếp tục bị đẩy sang phải, đóng một nửa các

lỗ tiết lưu Lúc này, áp suất P2 chỉ do lượng dầu qua các lỗ quyết định Theo cách này lượng dầu

tới hộp cơ cấu lái được duy trì không đổi (trị số nhỏ)

Van an toàn: Van an toàn đặt trong van điều khiển lưu lượng Khi áp suất P2 vượt mức quyđịnh (khi quay hết cỡ vô lăng), van an toàn sẽ mở để giảm áp suất Khi áp suất P2 giảm thì Vanđiều khiển lưu lượng bị đẩy sang trái và điều chỉnh áp suất tối đa

Cấu tạo của hệ thống lái có trợ lực thủy lực:

2.4.5Hộp cơ cấu lái:

Cấu tạo hộp cơ cấu lái:

Hình 16: NLHD van điều tiết lưu lượng ở chế độ cao

1 Thanh răng.

2 Trục van điều khiển.

3 Trục vít.

4 Cụm van điều khiển.

Hoạt động của hộp cơ cấu lái:Trục van điều khiển được nối với vô lăng Khi vô lăng ở vị trítrung hòa thì cụm van điều khiển ở vị trí trung hòa, khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì vanđiều khiển thay đổi đường truyền cho áp lực dầu vào một trong các buồng của xylanh, dầu buồngcòn lại được đẩy ra ngoài bình chứa theo van điều khiển

Hình 17: cấu tạo của hộp cơ cấu lái

2.4.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái có trợ lực thủy lực:

Khi vô lăng ở vị trí trung hòa (ở giữa): Khi vô lăng ở vị trí trung hòa (hai bánh xe hướngthẳng về phía trước), cụm van điều khiển mở cho áp lực dầu vào hai bên xy lanh bằng nhau làmgiữ piston ở vị trí chính giữa tức là hai bánh xe hướng thẳng

Hình 18: NLHD của hệ thống lái có trợ lực thủy lực

Khi xoay vô lăng sang trái: Khi xoay vô lăng sang trái dẫn động trục van điều khiển xoaylàm mở các lỗ dầu theo đường ống dầu đi tới xylanh bên trái, áp lực dầu đẩy piston sang phải(dầu trợ lực của xylanh bên phải qua cụm van theo đường ống dầu trở về bình chứa) làm thanhrăng dịch chuyển sang phải.

Khi xoay vô lăng sang phải: Khi xoay vô lăng sang phải dẫn động trục van điều khiển xoaylàm mở các lỗ dầu theo đường ống dầu đi tới xylanh bên phải, áp lực dầu đẩy piston sang trái(dầu trợ lực của xylanh bên trái qua cụm van theo đường ống dầu trở về bình chứa) làm thanhrăng dịch chuyển sang trái

2.5.Góc đặt bánh xe

Đôi khi bạn thấy nhiều xe có bánh xe không hề đặt thẳng góc với mặt đường mà hơi nghiêngmột chú Đó là vì yêu cầu tối thiểu của một chiếc xe là phải có tính năng vận hàng ổn định trênđường thẳng chạy theo đường vòng và khả năng phục hồi để chạy trên đường thẳng

Hình 19:NLHD của hệ thống lái có trợ lực thủy lực

Do đó các bánh xe được lắp với những góc độ nhất định so với mặt đất và với những hệthống treo riêng Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh xe.

Góc đặt bánh xe gồm có 5 yếu tố sau đây:

Nếu xe của bạn không đáp ứng được một trong các yếu tố trên thì có thể xuất hiện các vấn

đề như khó lái, lái không ổn định, trả lái trên đường vòng kém, mòn lốp không đều

Hình 20: Các góc đặt bánh xe

Cách xác định: Được xác định bằng góc nghiêng so với phương thẳng đứng Khi phần trêncủa bánh xe nghiêng ra ngoài thì gọi là Camber dương Ngược lại khi bánh xe nghiêng vào trongthì gọi là camber âm, nhìn từ phía trước đầu xe.

Trong các kiểu xe trước đây, các bánh xe thường có camber dương để tăng đội bền của trụctrước, ngăn ngừa hiện tượng tuột bánh xe khỏi trục, và để cho lốp xe tiếp xúc thẳng góc với mặtđường nhằm ngăn ngừa hiện tượng mòn không đều vì phần tâm đường thường cao hơn phần rìađường Tuy nhiên nếu xe có góc camber âm hoặc dương quá lớn thì sẽ làm cho lốp mòn khôngđều Nếu xe có góc cam bơ âm quá quá lớn thì phần phía trong của lốp sẽ bị mòn nhanh còn nếugóc camber dương quá lớn thì phần phía ngoài của lốp sẽ bị mòn nhanh

Trong các kiểu xe hiện đại, hệ thống treo và trục đã được cải tiến và có độ bền cao hơn trướcđây, và mặt đường bẳng phẳng nên bánh xe không cần camber dương nhiều như trước nữa Vìvậy góc camber được giảm xuống ( một số xe có góc camber bằng không)

Trên thực tế, bánh xe có camber âm đang được áp dụng phổ biến trên các dòng xe du lịch đểtăng tính năng chạy đường vòng vòng của xe Vì khi xe chạy trên đường vòng lực ly tâm làm cho

xe nghiêng đi vì tác động của các lò xo hệ thống treo, 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 bi giảm xuống Nếu trong trường hợp này xe không có góc camber âm thìbánh xe sẽ được giữ không cho bánh xe bị nghiêng dương khi chạy vào đường vòng và duy trìlực quay vòng thích hợp

Hình 23: Khi xe quay vòng