Ảnh hưởng của sự sai lệch góc đặt bánh xe dẫn hướng đến ổn định chuyển động thẳng của ô tô

Nội dung chính của bài viết phân tích ảnh hưởng của sự sai lệch góc đặt bánh xe dẫn hướng đến sự ổn định hướng chuyển động thẳng của ô tô.

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ SAI LỆCH GÓC ĐẶT BÁNH XE DẪN HƯỚNG ĐẾN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ THE IMPACT OF THE DEVIATION OF ESTABLISHED CORNER OF STEERING WHEELS ON THE STABILITY OF DIRECT MOTION OF CAR Lê Văn Anh1; Nguyễn Can2; Nguyễn Huy Chiến3 anhlevanhaui@gmail.com Tóm tắt Hiện nhu cầu lại số lượng ô tô tham gia giao thông ngày tăng, để đáp ứng nhu cầu ngày nhiều đường cao tốc xây dựng, tốc độ tối thiểu xe quy định ngày cao Khi chạy với tốc độ cao ô tô chuyển động thẳng, ổn định hướng chuyển động yếu tố quan trọng đảm bảo an toàn giúp người lái khơng mỏi mệt hành trình dài Hiện tượng ổn định hướng chuyển động thẳng tơ rung, lắc, lệch hướng chuyển động bánh xe dẫn hướng Có nhiều yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động thẳng, có yếu tố quan tâm đến “sự sai lệch góc đặt bánh xe dẫn hướng” Nội dung báo phân tích ảnh hưởng sai lệch góc đặt bánh xe dẫn hướng đến ổn định hướng chuyển động thẳng ô tô Từ khố: Góc đặt, bánh dẫn hướng, ổn định, chuyển động thẳng, ô tô Abstract Current demand for travel and the number of cars increases in traffic, to meet the needs of highways have been constructed in which the minimum speed of cars provided more When working at a high speed even in direct motion, stability of direct motion is an important factor to ensure safety and driver assistance tirelessly on the long road The instability of direct motion of the car may be vibration, deflection direct motion of steering wheels There are many technical factors that influence the stability of the direction of the rectilinear motion of car, including the factor that has received little attention "deviation of established corner of steering wheels" The main content of this article analyzes the impact of the deviation of established corner of steering wheels on the stability of direct motion of car Keywords: Established corner, steering wheels, stability, direct motion, car ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, nhu cầu lại ô tô số lượng ô tô tham gia giao thông ngày tăng, để đáp ứng nhu cầu ngày nhiều đường cao tốc xây dựng, tốc độ tối thiểu xe ô tô quy định ngày cao Q trình tơ di chuyển xe chuyển động thẳng, chuyển động quay vịng, chủ yếu chuyển động thẳng Để đảm bảo an tồn, tính kinh tế tránh mệt mỏi cho người lái hành trình dài, yêu cầu quan trọng ô tô chạy đường thẳng bánh dẫn hướng phải ổn định hướng chuyển động thẳng, nghĩa không rung lắc hay lệch hướng chuyển động người lái không tác động lực vào vành tay lái Có nhiều yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động thẳng, là:  Ảnh hưởng hệ thống lái: Hệ thống lái gây ổn định hướng chuyển động thẳng, rơ mịn bó kẹt cấu lái, mối lắp ghép truyền động lái hư hỏng trợ lực lái  Sự không cân hai bánh dẫn hướng trọng lượng hình học (khơng cân động tĩnh) dẫn đến tượng bánh xe bị đảo quay  Sự không lực cản lăn: Khi chạy đường, hai bánh dẫn hướng phải trái chịu lực cản lăn khác tải trọng xe phân bố không giống bánh dẫn hướng, mức độ mòn lốp, áp suất lốp, tình trạng bề mặt đường mà bánh dẫn hướng tiếp xúc Khi lực cản lăn hai bên không tạo mô men làm lệch hướng chuyển động xe  Ảnh hưởng hệ thống treo bánh dẫn hướng: Hệ thống lái có liên kết học với hệ thống treo, hệ thống lái thường có phần treo phần nối vào bánh dẫn hướng (BDH) không treo, dao động hệ thống treo ảnh hướng đến làm việc hệ thống lái Các tính vận hành ổn định tơ đường vịng khả xoay bánh dẫn hướng trở lại hướng chuyển động thẳng, giảm lực điều khiển tay lái giảm chấn động truyền từ bánh xe đến hệ thống treo đảm bảo nhờ góc nghiêng BDH trục quay chúng, thường gọi “Góc đặt BDH”, mang tên Caster, Kingpin, Camber Khi thiết kế lắp đặt, góc đặt BDH tên hai bên phải trái cần có giá trị nhau, lực mơ men phát sinh chuyển động thẳng cân hai BDH phải trái, kết hướng chuyển động thẳng ô tô giữ ổn định Tuy nhiên, trường hợp góc đặt BDH hai bên phải trái không đồng đều, tổng mô men phản lực tựa từ mặt đường tác dụng vào hai BDH phải trái khác không, gây nên xu hướng xoay BDH sang phía, kết tơ bị ổn định hướng chuyển động thẳng  Sự sai lệch góc đặt BDH tên hai bên sai số chế tạo, sai sót lắp ráp sửa chữa, tác động mạnh không ngoại lực sử dụng, xe bị va chạm, tai nạn, số loại xe từ ban đầu nhà sản xuất khơng thiết kế vị trí điều chỉnh góc đặt BDH kết cấu  Ảnh hưởng mối liên kết hệ thống lái - xatxi - hệ thống treo: Hệ thống treo, hệ thống lái bánh dẫn hướng lắp ráp với trực tiếp gián tiếp với xatxi ô tô Sự hư hỏng mối liên kết dẫn đến rung lắc bánh dẫn hướng, gây nên rung lắc ổn định chuyển động thẳng xe  Ngoài nguyên nhân trên, ổn định chuyển động thẳng xe cịn số nguyên nhân khác, như: dao động hàng hóa xe, cong vênh xatxi, cong vênh dầm cầu trước Với yếu tố ảnh hưởng nêu trên, yếu tố thường quan tâm “Sự sai lệch góc đặt BDH”.Vì vậy, báo nhóm tác giả phân tích ảnh hưởng sai lệch góc đặt BDH đến ổn định hướng chuyển động thẳng ô tô CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở xét ảnh hưởng góc đặt BDH Các BDH tơ có góc đặt chính, với tên: góc Caster, góc Kingpin góc Camber Hình 1: Góc Caster, góc Kingpin góc Camber Góc caster : góc nghiêng phía trước phía sau trục đứng so với đường thẳng góc với mặt đường (ký hiệu γ) Cơng dụng góc caster làm tăng hiệu trở vị trí chuyển động thẳng bánh xe dẫn hướng Góc Kingpin : góc trục đứng với đường thẳng vng góc mặt đất (ký hiệu β) Cơng dụng góc Kingpin tạo mơ men ổn định lái M1, làm quay bánh xe lại bị xoay lệch với hướng chuyển động thẳng lý đó, kể sau người lái dừng việc đánh tay lái kết thúc q trình quay vịng tránh chướng ngại vật đường Khi quay lái góc α thành phần phản lực tựa trục đứng có giá trị là: (1) Ptd1  Zb Sin Cos Và mơ men gây có góc Kingpin quay bánh lái tính theo cơng thức: M kp  Zb l.Sin Sin (2) Trong đó: Mkp : Mơ men góc Kingpin gây ra; Zb : Phản lực thẳng đứng bánh xe; l : cánh tay địn quay bánh xe; α : Góc quay bánh lái Khi góc lái α = mơ men góc Kingpin khơng, nghĩa mơ men khơng có bánh xe vị trí chuyển động thẳng Góc Camber : góc nghiêng bánh xe dẫn hướng mặt phẳng ngang ô tô (ký hiệu θ), cơng dụng góc Camber tạo phản lực chiều trục từ trọng lượng xe, chống lại thành phần đứng Zb.Sinβ.Cosαr lực sinh góc Kingpin giảm cánh tay đòn C phản lực tiếp tuyến trụ đứng, để giảm tải trọng tác dụng lên dẫn động lái giảm lực lên vành tay lái 2.2 Các lực mô men phụ tác động vào BDH ô tô chạy thẳng 2.2.1 Lực tác động vào trục đứng Tại bánh xe dẫn hướng, phản lực tựa thẳng đứng Nb chia hai thành phần, hình2: N b  N b1  N b (3) N b1  N b tanθ (4) Trong đó: Nb: Phản lực tựa phân bố tải trọng ô tô lên bánh xe; Nb1: Thành phần Nb nằm mặt đường; Nb2 : Thành phần Nb nằm mặt phẳng chia bánh xe; Thành phần Nb1 lại phân hai thành phần nhỏ: Nb1  N b11  Nb12 N b11  N b1.Cos N b12  N b1.Sin (5) (6) (7) Trong đó: Nb11 : Thành phần Nb1 vng góc với trục quay đứng BDH; Nb12: Thành phần Nb1 song song với trục quay đứng BDH; Từ công thức (4) (6) ta có: N b11  N b1.Cos  N b tan  Cos Vậy phản lực tựa (Nb) có thành phần vng góc với trục quay đứng Nb11 (Lực phụ Nb11) có giá trị: Nb11  Nb tan  Cos (8) Hình 2: Phản lực tựa Nb có thành phần vng góc trục đứng Nb11 2.2.2 Mô men phụ trục đứng Mtd Hình 3: Mơ men Mb thành phần vng góc với trục đứng Nb11 Do trục quay đứng nghiêng góc γ phía trước (khi góc Caster dương) mặt phẳng dọc, nên điểm tiếp xúc bánh xe chuyển hướng bị lùi lại sau khoảng C so với hình chiếu tâm trục đứng xuống mặt đường: (9) C  Rb Sin Trong đó: Rb bán kính lăn bánh xe Do đó, lực phụ Nb11 (công thức 8) gây mô men quay BDH quanh trục đứng (ký hiệu Mb): (10) M b  C.Nb11 Thay giá trị công thức (8), (9) vào (10) ta có: M b  N b Rb Sin tan  Cos (11) Ta gọi mômen lực phụ Nb11 mômen phụ (ký hiệu Mb) Thông qua công thức (11), có nhận xét: Khi hai hai góc Caster góc Camber 0, giá trị mơ men Mb triệt tiêu sin tan góc Mơ men phụ Mb (xác định cơng thức 11) có BDH phải trái 2.3 Tổng mô men phụ ∑Mb tác động vào hai BDH Trên ô tô, mô men phụ Mb có BDH phải trái phản lực tựa Nb BDH gây ra: (12) M bp  N bp Rbp Sin p tan  p Cos p M bt  Nbt Rbt Sin t tan t Cost (13) Trong đó: Mbp , Nbp , Rbp , p , p , β p mơ men, phản lực tựa, bán kính, góc đặt BDH bên phải; Mbt , Nbt , Rbt , t , t , β tlà mô men, phản lực tựa, bán kính, góc đặt BDH bên trái Tổng mơ men ∑Mb phản lực tựa đặt hai BDH là:  M b  M bp  M bt (14) Trong công thức (14), hai mô men phải trái có chiều ngược nên dấu cộng hai mô men thay dấu trừ để có giá trị tuyệt đối tổng Thay giá trị công thức (12) (13) vào (14) ta được: (15) M b  N bp Rbp Sin p tan  p Cos p  N bt Rbt Sin t tan  t Cos t KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG GÓC ĐẶT BDH ĐẾN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG THẲNG 3.1 Đối tượng khảo sát Để minh họa tác động chênh lệch mô men phản lực tựa M b BDH tơ, nhóm tác giả khảo sát mơ hình tốn học xe Toyota Vios 1.5E Một số thông số kỹ thuật Toyota Vios 1.5E cần thiết cho toán sau: - Lốp xe: 185/ 60R15, suy bán kính thiết kế bánh xe Rb = 301 mm - Dẫn động lái cầu trước - Góc đặt bánh xe (Số liệu đo thực tế): Góc Camber : - 0o 10’; Góc Kingpin: 12o30’; Caster: 2o00’ - Tải trọng : Không tải : 1030-1085 kG (trung bình 1060 kG); Tồn tải: 1495 kG - Phân bố tải trọng lên cầu trước 0,45 Từ đó, tải trọng đặt cầu trước BDH phân bố là:  Khi không tải: 477 kG cho cầu trước, 238 kG cho BDH  Khi toàn tải: 670 kG cho cầu trước, 335 kG cho BDH 3.2 Tổng mơ men phụ ∑Mb có sai lệch góc đặt BDH Ta khảo sát tổng mô men ΣMb sinh trường hợp sau: - Bán kính động lực học hai BDH - Tải trọng đặt lên hai BDH nhau, xét với mức là: Khơng tải: 238 (N); Nửa tải: 287 (N); Tồn tải: 335 (N) cho BDH - Một ba góc đặt BDH bên trái bị sai lệch, hai góc cịn lại chuẩn Tổng mô men phụ sinh sai lệch góc đặt BDH tính theo cơng thức (15) 3.2.1 Tổng mơ men ∑Mb có sai lệch góc Kingpin bánh trái Vẽ đồ thị tổng mô men ∑Mb với thông số nêu bảng Bảng 1: Số liệu khảo sát thay đổi góc Kingpin trục đứng trái Bánh dẫn hướng R (m) Nb Góc Kingpin (độ) Góc Caster (độ) Bên phải 0,301 50% 12o30’ 2o o o Bên trái 0,301 50% -3  21 2o Góc Camber (độ) -0o10’ -0o10’ Hình 4: Tổng mơ men ∑Mb góc Kingpin trục đứng trái thay đổi Đường 1- Khi xe đầy tải; Đường 2- Khi xe nửa tải; Đường 3- Khi xe không tải 3.2.2 Tổng mơ men ∑Mb có sai lệch góc Caster bánh bên trái Vẽ đồ thị tổng mô men ∑Mb với thông số nêu tạị bảng Bảng 2: Số liệu khảo sát thay đổi góc Caster trục đứng trái Bánh dẫn hướng Rb(m) Nb Góc Kingpin Góc Caster (độ) Góc Camber (độ) (độ) Bên phải 0,301 50% 12o30’ 2o -0o10’ o o o Bên trái 0,301 50% 12 30’ -2  -0o10’ Hình 5: Tổng mơ men ∑Mb góc Caster trục đứng trái thay đổi 1- Khi xe đầy tải; 2- Khi xe nửa tải; 3- Khi xe không tải 3.2.3 Tổng mô men ∑Mb có sai lệch góc Camber bên trái Vẽ đồ thị tổng mô men ∑Mb với thông số nêu tạị bảng Bảng 3: Số liệu khảo sát góc Camber bánh xe trái thay đổi Bánh dẫn hướng Rb (m) Nb Góc Kingpin (độ) Góc Caster (độ) Góc Camber (độ) Bên phải 0,301 50% 12o30’ 2o -0o10’ o o Bên trái 0,301 50% 12 30’ -4o 4o Hình 6: Tổng mơ men ∑Mb góc Camber bánh xe trái thay đổi Đường 1: Khi xe đầy tải; Đường 2: Khi xe nửa tải; Đường 3: Khi xe không tải THẢO LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ a/ Từ công thức (15) ta thấy giá trị tổng mô men phụ ∑Mb phụ thuộc vào giá trị góc đặt BDH, mà cịn phụ thuộc bán kính bánh xe BDH tải trọng thẳng đứng đặt b/ Từ đồ thị (Hình 4, 5, 6) khảo sát tổng mô men phụ ∑Mb phản lực tựa bánh xe Nb11 sinh có sai lệch góc đặt BDH hai bên, xe tơ Toyota Vios, ta có nhận xét sau: - Khi có chênh lệch góc Camber bên phải trái tới 4o xe đầy tải, tổng mô men ∑Mb lên tới 2,5 Nm, thay đổi góc nghiêng ngang bánh xe làm thay đổi đáng kể thành phần phản lực tựa ngang vết tiếp xúc bánh xe với đường; - Khi có chênh lệch góc Caster bên phải trái tới 4o xe đầy tải, tổng mơ men ∑Mb đạt tới 0,25 Nm, thay đổi cánh tay đòn C từ tâm trục quay đứng đến điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường, thay đổi chiều dài C khơng nhiều nên tổng mơ men Mb có giá trị khơng lớn; - Khi có chênh lệch góc Kingpin bên phải trái lên tới 8o xe đầy tải, giá trị tổng mô men ∑Mb không đáng kể, đạt tới 4,5x10-3 Nm Tóm lại, độ lớn tổng mơ men phụ ∑Mb chịu ảnh hưởng khơng đồng góc đặt BDH Trên xe Toyota Vios, tổng mô men phụ ∑Mb có giá trị lớn có chênh lệch góc Camber có giá trị nhỏ có chênh lệch góc Kingpin KẾT LUẬN Sự ổn định chuyển động thẳng ô tô yêu cầu quan trọng ảnh hưởng đến tính an tồn kinh tế kỹ thuật ô tô, ổn định hướng chuyển động thẳng nhiều nguyên nhân khác Ngồi ngun nhân thơng thường, chênh lệch góc đặt BDH hai bên gây nên tổng mô men phụ ∑Mb làm lệch hướng chuyển động thẳng ô tô nguyên nhân chưa quan tâm nhiều nguyên nhân khó phát khắc phục Giá trị tổng mô men phụ ∑Mb sinh chênh lệch góc đặt BDH nêu cơng thức (15), độ lớn tổng mô men phụ thuộc vào chênh lệch góc đặt BDH, tải trọng, bán kính bánh xe BDH bên phải bên trái Từ nghiên cứu cho thấy, để đảm bảo ổn định hướng chuyển động thẳng ô tô xe chạy với vận tốc cao, biện pháp kiểm tra sửa chữa thông thường, cần phải ý đến việc kiểm tra điều chỉnh góc đặt bánh xe dẫn hướng, nhằm đạt đồng trị số góc đặt BDH tên BDH phải trái, thiết kế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Anh, Phạm Việt Thành, Nguyễn Huy Chiến, Hồng Quang Tuấn (2017), Kết cấu tơ, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Đình Kiên (1985), Tính tốn thiết kế ô tô Máy kéo, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp,Hà Nội [3] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2005), Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Khắc Trai (2005), Kỹ thuật Chẩn đốn tô, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [5] Nguyễn Khắc Trai (2011), Kết cấu ô tô, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [6] “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia chất lượng an toàn kỹ thuật bảo vệ môi trường ô tô” QCVN 09-2011/ Bộ GTVT ban hành năm 2011 [7] Toyota-Hướng dẫn sửa chữa hệ thống lái góc đặt bánh xe (InterNet www Oto.hui.com truy cập 12.04.2017) ... lệch góc đặt BDH đến ổn định hướng chuyển động thẳng ô tô CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở xét ảnh hưởng góc đặt BDH Các BDH tơ có góc đặt chính, với tên: góc Caster, góc Kingpin góc Camber Hình 1: Góc. .. tiếp với xatxi ô tô Sự hư hỏng mối liên kết dẫn đến rung lắc bánh dẫn hướng, gây nên rung lắc ổn định chuyển động thẳng xe  Ngoài nguyên nhân trên, ổn định chuyển động thẳng xe cịn số ngun nhân... Sự ổn định chuyển động thẳng ô tô yêu cầu quan trọng ảnh hưởng đến tính an tồn kinh tế kỹ thuật ô tô, ổn định hướng chuyển động thẳng nhiều ngun nhân khác Ngồi ngun nhân thơng thường, chênh lệch