TÌM HIỂU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẬP HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU ÔTÔ DU LỊCH ( NISSAN BLUEBIRD )

Phần lớn các cơ cấu dẫn động lái cơ khí được thiết kế không thể đảm bảo góc quay của các bánh xe một cách chính xác mà chỉ cho giá trị gần đúng, khi bán kính quay vòng nhỏ nhất càng nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU - XÂY DỰNG MÔ HÌNH

THỰC TẬP HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU ÔTÔ DU LỊCH

( NISSAN BLUEBIRD )

Họ và tên sinh viên : ĐỖ QUỐC HẢI Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ Niên khóa : 2006 – 2010

Tháng 7/2010

i

TÌM HIỂU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU - XÂY DỰNG MÔ HÌNH

THỰC TẬP HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU ÔTÔ DU LỊCH

Giáo viên hướng dẫn:

Th.s Bùi Công Hạnh

Tháng 7 năm 2010

ii

LỜI CẢM TẠ

Trong suốt quá trình học tập tại trường Đại Học Nông Lâm – Khoa Cơ Khí Công Nghệ

- Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô Chúng em được sự quan tâm dạy dỗ đầy nhiệt huyết của các thầy cô, cũng như sự quan giúp đỡ của bạn bè

Với lòng cảm ơn sâu sắc, chúng em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến:

™ Cảm ơn Cha Mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng, dạy bảo em nên người

™ Ban Giám Hiệu và Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí Công Nghệ

™ Toàn thể quý thầy cô đã giảng dạy chúng em trong suốt quá trình học tập

™ Thầy Th.S Bùi Công Hạnh và thầy Phan Minh Hiếu đã hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành đề tài này

™ Tất cả các bạn giúp sức để em hoàn thành tốt đề tài này

Trong quá trình thực hiện đề tài khó có thể tránh được những thiếu xót Chúng em rất mong sự thông cảm và góp ý của thầy cô và các bạn

Kính chúc Quý thầy cô sức khỏe dồi dào để dìu dắt thế hệ trẻ tương lai của đất nước ngày càng tiến xa hơn

Kính chúc các bạn có nhiều sức khỏe

Chân thành cảm ơn!

Đỗ Quốc Hải

iii

TÓM TẮT

1 Tên đề tài

TÌM HIỂU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU - XÂY DỰNG MÔ HÌNH

THỰC TẬP HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC DẦU ÔTÔ DU LỊCH ( NISSAN BLUEBIRD )

2 Thời gian và địa điểm thực hiện

- Thời gian thực hiện: Từ ngày 15/04/2010 đến ngày 5/06/2010

- Địa điểm thực hiện: Tại xưởng thực hành thí nghiệm Bộ môn công nghệ kỹ thuật ô tô thuộc

khoa Cơ khí - Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm - Tp.HCM

3 Mục đích của đề tài

Nhiệm vụ chính được đặt ra của đề tài là tìm hiểu hệ thống lái trợ lực dầu, xây dựng

mô hình thực tập hệ thống lái trợ lực dầu Ôtô du lịch Trên cơ sở các cụm thiết bị sẵn có

của hệ thống lái xe NISSAN BLUEBIRD 1.8

4 Phương tiện làm việc

- Phương pháp lý thuyết: nắm vững lý thuyết về hệ thống lái Tham khảo các mô hình

về hệ thống lái đã có sẵn

- Phương pháp thực hành: Thao tác tốt các dụng cụ, đồ nghề Bám sát các yêu cầu mà

đề tài đã đặt ra

5 Kết quả

- Đề tài đã xây dựng được mô hình trợ lực lái thủy lực phục vụ cho việc giảng dạy thực

tập tại xưởng thực hành – thí nghiệm ôtô, góp phần bổ sung các trang thiết bị thực tập

giúp việc dạy và học đạt kết quả hơn

- Mô hình có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng

2.1.1 Chức năng yêu cầu, phân loại hệ thống lái ôtô 4

2.1.1.1 Chức năng của hệ thống lái ô tô 4

2.1.2 Các bộ phận hệ thống lái và mô hình toán học 10

2.1.4 Các yếu tố kết cấu và sử dụng ảnh hưởng tới lực lái 17

Tính năng ổn định và tính năng dẫn hướng của hệ thống lái

2.1.4.2 Góc Camber (Góc nghiêng ngang của bánh xe) 17

2.1.4.4 Góc kingping (Góc nghiêng ngang trụ đứng ) 22

v

2.1.4.5 Độ chụm và độ mở (Góc doãng) 28

2.2.1 Khái niệm chung về hệ thống lái ôtô có trợ lực 29

2.2.2 Chức năng, yêu cầu, phân loại bộ trợ lực lái 30

2.2.2.3 Phân loại bộ trợ lực lái 32 2.2.3 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ 32

trợ lực thủy lực

2.2.3.2 Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực 34

3.3.2 Đối với các chi tiết của hệ thống lái 56

3.4 An toàn lao động khí lắp ráp và kiểm tra 57

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1.2.1 Các kích thước cơ bản của khung xương 59

4.1.2.2 Các bước tiến hành xây dựng mô hính 60

vi

4.2.1 Các bước kiểm tra khi chạy thử mô hình 79 4.2.2 Chạy thử mô hình và thu nhận các số liệu 82

vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 - Quay vòng bằng hai bánh dẫn hướng phía trước 5

Hình 2.2 - Quay vòng bằng hai bánh dẫn hướng phía trước 5

và hai bánh dẫn hướng phía sau

Hình 2.3 - Quay vòng của ô tô theo kiểu xe xích 6

quay vòng các phần khác nhau của xe

Hình 2.6 - Sơ đồ tải trọng tác dụng lên hệ thống lái 11

Hình 2.12 - Mô tả ảnh hưởng lực đẩy ngang đối với góc camber âm 20

Hình 2.14 - Mô tả camber bằng không và camber dương 22

Hình 2.16 - Thể hiện độ ổn định và hồi vị trên đường nhờ góc caster 23

Hình 2.28 - Sơ đồ cấu tạo van điều tiết lưu lượng loại nhạy cảm với tốc độ 39

Hình 2.29 - Hoạt động của van điều tiết ở tốc độ thấp 40

Hình 2.30 -Hoạt động của van điều tiết ở tốc độ cao 40

Hình 2.32 -Biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng dầu 41

và tốc độ động cơ

Hình 2.33 -Sơ đồ bố trí thiết bị bù không tải trên bơm thủy lực phiến gạt 42

Hình 2.35 - Hình vẽ phối cảnh bơm dầu kiểu phiến trượt 44

Hình 2.40 - Hình dáng bên ngoài và vị trí lắp đặt loại van quay 47 trên cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng

Hình 2.42 - Hoạt động của van điều khiển tại vị trí trung gian 49

Hình 2.43 - Hoạt động của van điều khiển khi xe quay vòng sang phải 50 Hình 2.44 - Hoạt động của van điều khiển khi xe quay vòng sang trái 51

Hình 2.45 - Cấu tạo của xylanh lực trong cơ cấu lái kiểu 52

ix

bánh răng thanh răng

Hình 2.46 - Cấu tạo của piston, thanh răng và bánh răng 52

Hình 2.47 - Ống dẫn dầu chịu áp lực bằng cao xu 53

Hình 2.48 - Cấu tạo của ống dẫn dầu bằng kim loại và một số loại đầu nối 53

ống dẫn dầu

Hình 2.49 - Nguyên lý hoạt động của cơ cấu lái trợ lực kiểu bánh 54

răng thanh răng

Hình 2.50 - Cơ cấu lái trợ lực thủy lực kiểu bánh răng thanh răng 54

Hình 2.51 - Cấu tạo hộp cơ cấu lái trợ lực thủy lực 55

kiểu trục vít êcubi thanh răng bánh răng

Hình 2.52 - Cách bố chí cơ cấu lái kiểu trục vít êcubi 55

thanh răng bánh răng thanh răng

Hình 4.6 - Nắp cơ cấu lái 62

Hình 4.7 - Van phân phối 63

Hình 4.11 - Bơm trợ lực gắn trên động cơ loại RZH 65

Hình 4.13 - Các chi tiết tháo rời của bơm trợ lực lái 66

x

Hình 4.18 -Van điều tiết lưu lượng loại nhạy cảm với tốc độ 68

Hình 4.20 - Bình chứa và ống dẫn gắn trên mô hình 69

Hình 4.22 – Mô tơ điện 3 pha gắn trên mô hình 71

Hình 4.24 - Đồng hồ kiểm tra áp suất bơm gắn trên đường cao áp 72

Hình 4.28 -Bán trục –cơ cấu thắng đĩa -Cụm moay ơ 75

Hình 4.30 - Các cụm chi tiết gắn trên mô hình 77

Hình 4.38 - Các chi tiết tháo rời cơ cấu điều chỉnh độ rơ thanh răng 82

Hình 4.39 - Áp suất bơm cực đại đo được trên mô hình (lúc có tải) 83

Hình 4.40 - Gia tải kiểm tra áp suất bơm trợ lực 85

Hình 4.41 - Dùng bàn xoay kiểm tra góc xoay bánh xe dẫn hướng 85

Hình 4.42 -Góc xoay bánh xe dẩn hướng khi đánh hết lái sang phải 86

mà hệ thống lái lại có tính quyết định lớn nhất đến tính an toàn chuyển động của ôtô.Với mục đích là ngày càng có thêm nhiều mô hình, thiết bị để phục vụ cho việc giảng dạy và học tập bộ môn công nghệ kỹ thuật ôtô, làm cho các tiết học thực hành trực quan sinh động hơn.Với các thiết bị sẵn có tại xưởng thực hành, vì vậy em đã chọn đã chọn đề tài:

“Tìm hiểu hệ thống lái trợ lực dầu - Xây dựng mô hình thực tập hệ thống lái trợ lực dầu ôtô du lịch ( Nissan Bluebird ) ”

2

Qua việc xây dựng đề tài này em mong muốn trang bị cho mình một kiến thức vững vàng Nâng cao khả năng hiểu biết của mình về ngành học đã chọn để có thể đáp ứng được công việc của em sau này

Trong đề tài tốt nghiệp, em đã trình bày những nội dung chính như sau:

9 Tổng quan về hệ thống lái ô tô

9 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số bộ trợ lực lái

9 Xây dựng mô hình hệ thống lái trợ lực dầu

Qua đề tài này em hi vọng rằng không chỉ trau dồi được kiến thức chuyên ngành cho bản thân mà có thể làm tài liệu tham khảo và học tập cho cho các lớp sinh viên khóa sau nhằm cùng nhau xây dựng một nền công nghiệp ô tô vững mạnh cho đất nước

Mặc dù đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn Th.s BÙI CÔNG HẠNH, thầy Phan Minh Hiếu và các quý thầy trong bộ môn nhưng do thời gian có hạn

và trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên trong đề tài tốt nghiệp của em không tránh được những thiếu sót Kính mong các thầy và các bạn tiếp tục hướng dẫn, góp ý để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Th.s BÙI CÔNG HẠNH, thầy Phan Minh Hiếu và các quý thầy trong bộ môn, các thầy trong

xưởng gia công và các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này Kính chúc quý thầy và các bạn luôn mạnh khỏe

1.2-Mục đích nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài

1.2.1- Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nhiệm vụ chính được đặt ra của đề tài là tìm hiểu hệ thống lái trợ lực dầu, xây dựng mô hình thực tập hệ thống lái trợ lực dầu Ôtô du lịch Trên cơ sở các cụm thiết bị sẵn có của

hệ thống lái xe NISSAN BLUEBIRD 1.8

Nội dung của đề tài còn có thể dùng làm tài liệu 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

Mô hình được chế tạo từ đề tài có thể dùng để giảng dạy về hệ thống lái trợ lực thủy lực và có thể phục vụ cho việc nghiên cứu về hệ thống phanh và hệ thống treo

3

1.2.2 – Nội dung đề tài

Nội dung đề tài gồm 2 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

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

4

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Cơ sở lý thuyết về hệ thống lái

2.1.1 Chức năng yêu cầu, phân loại hệ thống lái ôtô

2.1.1.1 Chức năng của hệ thống lái ô tô

Hệ thống lái có chức năng duy trì hoặc thay đổi hướng di chuyển của ô tô, giúp cho

ô tô có thể giữ nguyên hướng chuyển động thẳng, vòng sang trái hay sang phải một cách

dễ dàng

Một số biện pháp quay vòng của ô tô

1) Thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng

Phương pháp quay vòng bằng cách thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng là phương pháp được sử dụng phổ biến hơn cả Ở phương pháp này bánh xe dẫn hướng được quay quanh trụ đứng sao cho đường kéo dài của các trục bánh xe cắt nhau tại một điểm Điểm này gọi là tâm quay vòng tức thời của ô tô Phần lớn các cơ cấu dẫn động lái cơ khí được thiết kế không thể đảm bảo góc quay của các bánh xe một cách chính xác mà chỉ cho giá trị gần đúng, khi bán kính quay vòng nhỏ nhất càng nhỏ thì tính linh hoạt của xe càng cao Để cải thiện tính linh hoạt của xe người ta thiết kế cho cả các bánh xe phía trước và bánh xe phía sau đều dẫn hướng

5

O

Hình 2.1 Quay vòng bằng hai bánh dẫn hướng phía trước

O

Hình 2.2 Quay vòng bằng hai bánh dẫn hướng phía trước

và hai bánh dẫn hướng phía sau

Vơí cùng một góc quay như nhau thì xe bố trí theo sơ đồ (H 2.2) sẽ có bán kính quay vòng Rqv nhỏ hơn và tính linh hoạt của xe cao hơn so với xe bố trí theo (H 2.1) Trên ô tô số lượng cầu dẫn hướng càng tăng thì tính linh hoạt của xe càng tốt và càng giảm đi sự mài mòn lốp Tuy nhiên tăng số lượng cầu dẫn hướng sẽ làm cho kết cấu dẫn động điều khiển trở nên phức tạp, đặc biệt khi sử dụng cầu sau là cầu dẫn hướng Do

đó số lượng bánh xe dẫn hướng cần được chọn cho thích hợp để vừa đảm bảo tính linh hoạt vừa ít ảnh hưởng đến các yêu cầu khác của xe

6

2) Phương pháp quay vòng theo kiểu xe xích

Hình 2.3 Quay vòng của ô tô theo kiểu xe xích

Ở phương pháp này người ta bố trí hệ thống truyền lực truyền những mô men quay

có trị số khác nhau tới các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải và bên trái đồng thời sử dụng thêm các phanh hãm để hãm các bánh xe dẫn hướng phía bên trong so với tâm quay khi cần quay vòng Như vậy ở phương pháp quay vòng này để tạo ra bán kính quay vòng thì các bánh xe phía trong và phía ngoài sẽ được dẫn động với các mô men khác nhau Điều này làm cho xe có tính linh hoạt rất cao và xe có thể quay vòng quanh một điểm không mấy khó khăn

Tuy nhiên để thực hiện được những điều này thì kết cấu của bộ phận dẫn động lái và

bộ phận truyền lực hết sức phức tạp do đó khuyết điểm lớn nhất của phương pháp quay vòng này là năng lượng cần thiết phải tạo ra khi quay vòng là rất lớn và sự mài mòn các chi tiết cũng rất lớn

3) Phương pháp quay vòng các phần khác nhau của xe

Quay một phần của khung xe hoặc của dầm cầu Biện pháp này làm bánh xe phía ngoài quay quanh tâm quay với bán kính lớn hơn bán kính quay của bánh xe phía trong nhưng hai bánh vẫn song song với nhau Điều này thực hiện được nhờ khớp nối bản lề ở một phần của khung xe hoặc của dầm cầu Xe quay vòng bằng cách gập lại quanh khớp nối Trong trường hợp này lực ngang tác dụng lên bánh xe là nhỏ nhất

7

Hình 2.4 Quay vòng của ô tô theo kiểu

quay vòng các phần khác nhau của xe

4) Phương pháp quay vòng kết hợp cả ba phương pháp quay vòng trên

Đây là phương pháp quay vòng có kết cấu các bộ phận hết sức phức tạp Tuy nhiên

ô tô có kết cấu kiểu này có tính linh hoạt rất cao

Biện pháp quay vòng này thường được sử dụng trên các xe chuyên dụng, các loại máy kéo bánh xe có khung rời

2.1.1.2 Yêu cầu của hệ thống lái

Trong quá trình ô tô chuyển động trên đường hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến

sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó nó phải đảm bảo các yêu cầu sau 1) Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây ra các dao động và va đập trong hệ thống lái

2) Truyền tối thiểu các va đập nghịch đảo lên vành tay lái

3) Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng hoặc là để quay về trạng thái chuyển động thẳng thì chỉ cần đặt lực lên vành lái nhỏ hơn khi ô tô đi vào đường vòng

θ

8

4) Hệ thống lái không được có độ rơ lớn: Ví dụ, với ô tô có vận tốc lớn hơn

100 km/h độ rơ vành lái cho phép không vượt quá 18o, với ô tô có vận tốc nằm trong khoảng (25 ÷ 100) km/h độ rơ vành lái cho phép không vượt quá 27o

5) Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vành lái không được vượt quá 5 vòng, tương ứng với góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong về cả hai phía kể

từ vị trí trung gian là 35o Ở các vị trí biên cần phải có vấu tì hạn chế góc quay của bánh

xe

6) Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12 m với tốc độ 10 km/h, lực đặt lên vành lái tối đa không vượt quá 250 N

7) Ngoài các yêu cầu trên còn có các yêu cầu cụ thể đối với hệ thống lái như sau

• Với các hệ thống lái có trợ lực thì khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điểu khiển được ô tô

• Đảm bảo khả năng an toàn bị động của ô tô, không gây nên tổn thương cho người sử dụng khi bị đâm chính diện

• Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dưỡng

Nhờ các quy định về an toàn chuyển động của ô tô nên hệ thống lái ngày càng được hoàn thiện hơn

2.1.1.3 Phân loại hệ thống lái ô tô

a Phân loại theo phương pháp quay vòng của ô tô

1) Thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng

2) Đổi hướng mô men kéo ở các bánh xe chủ động

3) Phương pháp quay vòng các phần khác nhau của ô tô

4) Kết hợp thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng và đổi hướng mô men kéo ở các bánh xe chủ động

b Phân loại theo số lượng bánh xe dẫn hướng

1) Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía trước

2) Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía sau

3) Hệ thống lái 4 bánh

9

c Phân loại theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái

1) Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng

2) Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn

3) Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcubi thanh răng bánh răng

4) Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay

5) Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít cung răng

6) Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít bánh vít

7) Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận

d Phân loại theo kiểu dẫn động lái

1) Cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu với hệ thống treo phụ thuộc (dầm cầu liền) 1) Cơ cấu dẫn động lái kiểu đòn ngang liên kết trên hệ thống treo độc lập

2) Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng đòn quay

3) Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng bánh răng thanh răng

e Phân loại theo vị trí bố trí vành tay lái

1) Hệ thống lái với vành tay lái ở bên trái của ô tô

2) Hệ thống lái với vành tay lái ở bên phải của ô tô

f Phân loại theo nguyên tắc hoạt động của bộ trợ lực

10

2.1.2 Các bộ phận hệ thống lái và mô hình toán học

Hình 2.5 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

Hình 2.6 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên hệ thống lái

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

12

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 trong(cao su, nhựa)

• 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 khung gầm

HTL chịu tải lớn 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

Như vậy, trong điều kiện nặng nhọc nhất, để thắng được lực cản từ mặt đường lên bánh

xe dẫn hướng trong quá trình lái xe, lực lái cực đại trên vô lăng phải thoả mãn điều kiện sau:

Md ≥ Mc (2-5)

Trong đó: Md là mô men quay trục quay đứng được quy về cơ cấu lái và được xác định bởi công thức sau:

Md=ML+Mch (2-6)

Trong đó: ML mô men của người lái xe quay vành tay lái, phụ thuộc vào trạng thái, tâm

lý của người lái và kết cấu của HTL

Mch là mô mên trợ lực lái Khi HTL không có trợ lực thì

ở tốc độ cao trên đường có hệ số bám thấp

14

Độ nhạy của HTL được đánh giá bằng thời điểm quay vành tay lái để bánh xe dẫn hướng quay theo ý muốn HTL có độ nhạy 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 2.7 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 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 2.8)

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

15

2.1.3 Các trạng thái quay vòng của xe

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 2.8 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

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 2.9

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 2.9

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

17

`

Hình 2.9 Các trạng thái quay vòng của xe

2.1.4 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

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 (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

2.1.4.1 - Các góc đặt bánh xe

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

18

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 lệch dọc)

+ Góc Kingpin (Góc nghiêng ngang trụ đứng)

+ Độ chụm và độ mở (góc doãng)

Các góc này được mô tả trong hình 2.10

19

Hình 2.10 Các góc đặt của bánh xe dẫn hướng

2.1.4.2 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 )

20

Hình 2.11 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

âm

Hình 2.12 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

22

Hình 2.13 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

23

Hình 2.14 Mô tả camber bằng không và camber dương

2.1.4.3 Góc Caster và khoảng Caster

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

Hình 2.15 Caster và khoảng Caster

24

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 (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 00 đến 30

Hình 2.16 Thể hiện độ ổn định và hồi vị trên đường nhờ góc caster

25

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 2.16 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 2.17 Dạng hình học Nachlauf và Vorlauf

26

Trên hình 2.17 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

2.1.4.4 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 2.18 Góc KingPin

27

*Tác dụng của góc KingPin:

Trên hình 2.19 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 2.20 Mô tả tác dụng giảm phản hồi và kéo lệch sang một bên của góc kingpin

Hình 2.19 Tác dụng giảm lực đánh lái

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

29

2.1.4.5 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 2.21 Mô tả vai trò của độ chụm của bánh xe dẫn hướng

Hình 2.21 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