Chương 5 tính dẫn hướng của ô tô 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ GIẢNG VIÊN: VŨ THẾ TRUYỀN CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ NỘI DUNG 5.1 Động học động lực học quay vòng tô 5.2 Ảnh hưởng độ đàn hồi lốp tới tính quay vòng tơ 5.3 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 5.4 Sự dao động bánh xe dẫn hướng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 5.1.1 Quỹ đạo chuyển động ô tô - Chiếu vận tốc v lên hai trục Oxo Oyo : vxo = v.cos(α+ε) vyo = v.sin(α+ε) t t 0 t t 0 x0  � vx dt  � v.cos(   )dt y0  � v y dt  � v.sin(   )dt Hình 5-1 Quan hệ động học tơ mơ hình phẳng tổng qt CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 5.1.2 Các phương pháp quay vòng Phương pháp thay đổi phương chuyển động bánh xe dẫn hướng, quay vòng theo kiểu xe xích quay vòng nhờ quay vòng phần khác xe Cùng góc quay vành lái xe bố trí theo hình b có bán kính quay vòng R nhỏ linh hoạt so với hình a Số cầu dẫn hướng tăng tính linh hoạt xe tăng giảm Hình 5-2 Sơ đồ quay vòng xe hai cầu a Có cầu dẫn hướng b Có cầu dẫn hướng Tăng số cầu dẫn hướng kết cấu dẫn động điều khiển phức tạp lên, đặc biệt sử dụng cầu sau dẫn hướng => Số lượng bánh xe dẫn hướng cần chọn thích hợp để vừa đảm bảo tính linh hoạt, vừa ảnh hưởng đến yêu cầu khác xe mài mòn lốp CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ R L 2tg L R tg Hình 5-3 Sơ đồ quay vòng tơ có bốn Hình 5-4 Sơ đồ động lực học quay vòng bánh dẫn hướng tơ có hai bánh dẫn hướng phía trước Từ hình ta thấy mối quan hệ góc quay α α 2: B R cot g1  L cot g  R L B => v v    tg R L CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ Để ơtơ quay vòng khơng bị trượt bên (lệch bên) đường thẳng qua tâm trục bánh xe phải cắt điểm Điểm gọi tâm quay vòng ơtơ Chỉ có vận tốc bánh xe nằm mặt phẳng lăn chúng xe quay vòng Đối với xe hai, ba cầu có cầu trước dẫn hướng, để bánh xe lăn hoàn tồn (khơng trượt bên lệch bên) tâm quay vòng ơtơ phải nằm đường thẳng qua trục bánh xe cầu sau Hình 5-5 Quay vòng ôtô hai cầu (a) ôtô ba cầu (b) CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 5.1.3 Quay vòng lý tưởng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa L R tg  tg (  1 ) Với giá trị góc nhỏ: L R   (  1 ) Hình 5-6 Sơ đồ chuyển động quay vòng tơ lốp bị biến dạng bên CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 4.3.1 Quay vòng lý tưởng, (quay vòng định mức) Để giữ cho xe chuyển động thẳng có lực bên tác động người lái cần quay vòng tay lái để xe lệch khỏi trục đường góc là:   1   4.3.2 Quay vòng thiếu 1   Xe có khả tự giữ hướng chuyển động thẳng nhở lực ly tâm Pjy có chiều ngược chiều tác động lực Y Hình 5-7 Sơ đồ chuyển động tơ có tính quay vòng thiếu CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 4.3.3 Quay vòng thừa    Xe khả chuyển động thẳng ổn định chiều lực ly tâm Pjy trùng với chiều lực tác động Y Sự ổn định lớn vận tốc xe cao, lực ly tâm tỷ lệ bậc hai với vận tốc Để tránh lật đổ xe trường hợp này, người lái xe phải nhanh chóng đánh tay lái ngược trở lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng Hình 5-8 Sơ đồ chuyển động tơ có tính quay vòng thừa CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 4.3.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính dẫn hướng tơ 4.4.1 Các góc đặt bánh xe dẫn hướng Hình 5-9 Các góc đặt bánh xe + Góc camber + Góc Caster + Góc nghiêng trụ xoay đứng (Kingpin) + Góc chụm bánh xe + Góc quay vòng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ a Góc camber Hình 5-11 Góc Camber âm   Hình 5-10 Góc Camber Hình 5-12 Góc Camber khơng, góc Camber dương CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ - Với góc camber âm: bánh xe giữ khơng bị nghiêng chạy vào đường vòng trì lực quay vòng thích hợp - Với góc camber khơng: giúp cho lốp xe mòn Nếu bánh xe có camber dương âm góc nghiêng bánh xe so với mặt đường làm cho bán kính quay vòng phần phía phía ngồi khác nhau, lốp xe mòn khơng Camber không giúp ngăn ngừa tượng - So với góc Camber âm góc Camber dương có ưu điểm sau: + Giúp giảm tải trọng thẳng đứng trường hợp góc Camber khơng, tải trọng tác dụng lên trục bánh xe theo hướng F’ Khi có góc Camber dương tải trọng chuyển thành lực lái F tác dụng the hướng cam lái Nhờ mà mômen tác dụng lên trục bánh xe cam lái giảm xuống + Ngăn ngừa tuột bánh xe khỏi trục, tải trọng F tác dụng lên bánh xe chia thành hai thành phần F1 F2 F2 lực theo chiều trục có xu hướng đẩy bánh xe vào phía trong, giữ cho bánh xe khơng bị tuột khỏi trục + Ngăn ngừa phát sinh Camber âm ý muốn tải trọng, giữ cho phía bánh xe khơng bị nghiêng phía biến dạng phận hệ thống treo bạc lót gây trọng lượng hàng hóa hay hành khác + Giảm lực lái CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ b Góc caster Hình 5-13 Góc Caster khoảng Caster CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định xe chạy đường thẳng, khoảng caster ảnh hưởng đến tính hồi vị bánh xe sau chạy xe đường vòng Đối với xe có góc caster, độ ổn định chạy đường thẳng tăng Vì trục xoay đứng quay để xe chạy vào đường vòng, bánh xe có góc caster lốp bị nghiêng so với mặt đường tạo mômen “kích”, có xu hướng nâng thân xe lên Mơmen kích đóng vai trò lực hồi vị bánh xe, có xu hướng đưa thân xe trở vị trí nằm ngang trì độ ổn định đường thẳng xe c Góc Kingpin (Góc nghiêng trụ xoay đứng) Góc lệch tạo thành trục xoay đứng đường thẳng đứng gọi góc kingpin hay góc nghiêng trục lái Trục xoay đứng trục mà bánh xe xoay phía phải trái Trục xác định cách vạch đường thẳng tưởng tượng qua tâm ổ bi đỡ giảm chấn khớp cầu đòn treo (đối với trường hợp hệ thống treo kiểu giằng) Nhìn từ phía trước xe, đường thẳng nghiêng phía CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 5-14 Góc Kingpin CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Khoảng cách L từ giao điểm trục xoay đứng mặt đường đến giao điểm đường tâm bánh xe mặt đường gọi “độ lệch hay độ lệch kingpin” Vai trò góc kingpin làm giảm lực đánh lái Một tác dụng khác góc kingpin làm giảm lực phản hồi lực kéo lệch sang bên Nếu khoảng lệch lớn, lực dẫn động (lực đẩy xe) lực hãm tạo mômen quay quanh trục xoay đứng lớn, tỷ lệ thuận với khoảng lệch Mặt khác, chấn động tác dụng lên bánh xe làm cho vô lăng bị dật lại phản hồi Những tượng cải thiện cách giảm khoảng lệch Nếu góc nghiêng trục xoay đứng bên phải bên trái khác xe bị kéo lệch phía có góc nghiêng nhỏ (có khoảng lệch lớn hơn) Trong xe FF có động đặt trước bánh trước chủ động, khoảng lệch thường nhỏ (bằng không âm) để ngăn ngừa tượng truyền chấn động từ lốp xe (do phanh chạy qua vật cản) lên vô lăng, giảm thiểu mômen quay quanh trục xoay đứng động lực tạo khởi động nhanh tăng tốc d Góc chụm (độ chụm) Khi phần phía trước bánh xe gần so với phần phía sau gọi “độ chụm”, ngược lại gọi “độ chỗi” CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 5-15 Góc chụm CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Thơng thường, mục đích ban đầu góc chụm khử bỏ lực đẩy ngang góc camber tạo Vì vậy, góc chụm ngăn ngừa bánh xe mở hai bên có camber dương Tuy nhiên, mục đích góc chụm đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng Khi xe chạy đường nghiêng, thân xe nghiêng bên Khi xe có khuynh hướng quay phía nghiêng Nếu phần phía trước bánh xe chụm vào (Độ chụm), xe có khuynh hướng chạy theo hướng ngược lại hướng nghiêng Vì độ ổn định chạy đường thẳng trì Tuy nhiên độ chụm vào lớn, độ trượt bên làm cho lốp xe mòn khơng Nếu độ chỗi q lớn khó đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng e Góc quay vòng Hình (4-21) Bán kính quay vòng, góc quay vòng bánh xe phía trước bên trái bên phải chạy đường vòng Với góc quay bánh xe trước bên trái bên phải giống lốp xe bên bị trượt bên quay xe cách nhẹ nhàng Điều làm cho lốp xe mòn khơng Với góc quay bánh xe bên phải bên trái khác nhau, phù hợp với tâm quay bốn bánh xe độ ổn định xe chạy đường vòng tăng lên CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 4.4.2 Độ đàn hồi lốp Giả sử lực tác dụng lên bánh xe chưa vượt lực bám bánh xe với mặt đường, xảy tượng lệch bên lốp, có nghĩa vùng tiếp xúc lốp với mặt đường bị lệch góc δ so với mặt phẳng quay bánh xe mà người ta gọi góc lệch bên Sự đàn hồi lốp sinh trường hợp quay vòng lý tưởng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa mà ta xét mục (4.3) Hình 5-16 Sơ đồ bánh xe lăn lốp bị biến dạng tác dụng lực bên CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 4.4.3 Sự dao động bánh xe dẫn hướng Những bánh xe dẫn hướng ô tô điều kiện định bị dao động góc có tính chất chu kỳ xung quanh trụ đứng Hiện tượng thường cảm nhận tay người lái Những dao động mạnh bánh dẫn hướng làm tính dẫn hướng ô tô Khi ô tô làm việc đường lực cản lăn bánh xe trái bên phải khác trị số lực với cánh tay đòn a hình (4-24) tạo nên mô men Dưới tác động hiệu hai mô men Các bánh xe quay quanh trụ đứng tạo nên dao động góc Hình 4-24 Sơ đồ lực cản lăn có trị số khác tác động đến bánh xe dẫn hướng Trường bánh xe không cân tốt, quay phát sinh lực ly tâm hình (4-25) Lực phân thành hai thành phần : nằm ngang thẳng đứng Thành phần nằm ngang với cánh tay đòn a có su hướng làm quay bánh xe xung quanh trụ đứng tần số thay đổi mô men gây nên lực phụ thuộc vào chuyển động tơ Hình 4-25 Sơ đồ lực ly tâm tác động lên bánh dẫn hướng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Nếu bánh xe dẫn hướng quay mà khối lượng không cân chúng nằm hai phía đối diện trục trước xe dẫn tới dao động góc bánh xe Hình 4-25 Sơ đồ lực ly tâm tác động lên bánh dẫn hướng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 4-27 Sơ đồ phối hợp động học hệ thống treo nhíp dẫn động lái CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Nếu bánh dẫn hướng dịch chuyển thẳng đứng mà động học điểm giữ bánh xe trục trục trước với nhíp đòn quay ngang với kéo dọc hệ thống lái khơng có phối hợp gây nên giao động góc bánh dẫn hướng Thí dụ động học phận đàn hồi hệ thống treo làm cho tâm bánh xe di chuyển theo cung AA với tâm dao động điểm khớp quay trước nhíp hình (4-27a), động học kéo dọc lại làm cho hai bánh xe di chuyển theo cung BB với tâm quay khớp cầu đòn quay đứng, điều đẫn đến việc làm nảy sinh dao động góc bánh xe dẫn hướng tác động dao động thẳng đứng Để phối hợp động học hệ thống treo dẫn động lái, người ta sử dụng cách bố trí biểu thị hình (4-27b) (4-27c) với mục đích để quỹ đạo dao động nửa nhíp kéo dọc có hướng ...CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ NỘI DUNG 5. 1 Động học động lực học quay vòng tô 5. 2 Ảnh hưởng độ đàn hồi lốp tới tính quay vòng tơ 5. 3 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 5. 4 Sự dao động bánh xe dẫn. .. vòng Hình 5- 8 Sơ đồ chuyển động tơ có tính quay vòng thừa CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 4. 3 .4 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính dẫn hướng tơ 4. 4.1 Các góc đặt bánh xe dẫn hướng Hình 5- 9 Các góc... mà ta xét mục (4. 3) Hình 5- 16 Sơ đồ bánh xe lăn lốp bị biến dạng tác dụng lực bên CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 4. 4.3 Sự dao động bánh xe dẫn hướng Những bánh xe dẫn hướng ô tô điều kiện định