Hệ thống lái 4 bánh là hệ thống lái cho phép tác động lên cả hai bánh xe trước và hai bánh xe sau khi người lái quay vành tay lái để chuyển hướng chuyển động của xe.
Hình 2.27: Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng
Cơ cấu lái trước là kiểu bánh răng- thanh răng. Hộp trích lực truyền ra cầu sau là một bánh răng ăn khớp với thanh răng của cơ cấu lái trước. Tỷ số truyền giữa vành lái và trục các dăng là hai. Trụ chủ động mang theo bánh răng hành tinh, dầm trục của bánh răng hành tinh đặt lệch trục và cho phép bánh răng quay trơn trên nó. Bánh răng ăn khớp với thanh răng ngoại luân, đứng yên trên cung vỏ cơ cấu lái, trên bánh răng này bố trí trục. Con trượt
23
quay trơn trục và trượt trên máng trượt, máng trượt chỉ tiếp nhận chuyển động tịnh tiến với đòn quay
Hình 2.28: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cơ cấu lái 4 bánh xe
• Nguyên lý làm việc:
Khi xe chuyển động ở tốc độ cao, người lái quay vành tay lái nhỏ vào các bánh xe trước và sau quay cùng chiều. khi ra vào chỗ đỗ quay ngoặc góc quay vành lái có thể lớn và tốc độ chuyển động của xe thấp. Bánh xe trước và sau quay ngược chiều. Khi trục chủ động quay thì bánh răng hành tinh được ăn khớp với bánh răng ngoại luân, trục đầu chuyển động sang phải sau đó sang trái. Giá trị lớn nhất khi bánh xe quay cùng chiều là 17 độ, sau đó giảm dần. Khi trục chủ động tiếp tục quay theo chiều cũ, trục dịch lên trên đảo chiều đẩy bánh xe sau quay ngược chiều. Sự đảo chiều quay xảy ra ứng với góc quay vành tay lái là 120 độ. Khi góc quay vành xe trước đạt 35 độ thì các bánh xe sau quay một góc là -5 độ.
• Đánh giá hệ thống lái 4 bánh:
Hệ thống lái 4 bánh hiện nay thuộc lĩnh vực phát triển cao trong công nghệ sản xuất ôtô. Trước đây nó được dùng chủ yếu trên xe tải và các xe nhiều cầu. Ngày nay được dùng phổ biến hơn và rất được ưa chuộng bởi nó có nhiều tính năng ưu việt đặc biệt giúp xe ra vào chỗ đậu một cách nhanh chóng trong một không gian hẹp, qua vòng một cách dễ dàng ở tốc độ cao. Khi qua đường vòng các bánh xe tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng. Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt đường.
24 2.5.3. Hệ thống lái có trợ lực điện (EPS)
Hình 2.29: Cấu tạo hệ thống lái có trợ lực điện
1.Thanh lái bên phải; 2. Gối tựa bên phải cơ cấu lái; 3. Cái kẹp cơ cấu lái; 4. Trục truyền trung gian; 5. Trợ lực điện; 6. Bánh lái; 7. Ống cột lái; 8. Gối tựa bên trái của
cơ cấu lái; 9. Cơ cấu lái; 10. Thanh lái bên trái.
Hình 2.30: Cơ cấu lái với các thanh lái
1.Đầu nối ngoài của thanh lái; 2.Thanh điều chỉnh; 3.Đầu nối của thanh lái; 4.Nắp bảo vệ phải; 5.Ống vỏ cơ cấu lái; 6.Vỏ cao su bảo vệ; 7.Tấm nối kẹp của thanh lái; 8.Trục và
25
Hình 2.31: Cột lái của hệ thống lái với trợ lực
1.Động cơ điện trợ lực;2.Khối điều khiển trợ lực; 3.Bộ truyền động trợ lực; 4.Gía đỡ sau cột lái; 5.Gía đỡ ống cột lái; 6.Cần điều chỉnh độ nghiêng cột lái; 7.Gía đỡ trợ
lực; 8.Gía đỡ trước của cột lái; 9.Ống cột lái; 10.Trục trợ lực lái; 11.Trục truyền trung gian; 12.Bulong giằng; 13.Lò xo; 14.Má đệm dây dẫn trợ lực;
Hình 2.32: Hệ thống lái có trợ lực điện EPS
Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) có kết cấu bố trí chung trình bày trên hình. Hệ thống lái giữ nguyên cấu trúc của hệ thống lái bánh răng – thanh răng (không trợ lực thông dụng trên ô tô con) và bố trí thêm: mô tơ điện DC, hộp số truyền, các cảm biến tốc độ và bộ vi xử lý. Động cơ điện, sử dụng nguồn điện một chiều điều khiển bằng tín hiệu xung, được bố trí mắc song song với vành lái điều khiển qua hộp số 3. Hệ thống điện EPS bố trí: giữa vành lái với hộp số truyền một bộ cảm biến 4 (góc quay và mômen trên vành lái), giữa hộp số truyền và cơ cấu lái bố trí cảm biến mômen cản bánh xe dẫn hướng đặt lên CCL.
26
Chương trình điều khiển mô tơ DC bao hàm các trạng thái cụ thể của kết cấu theo các tiêu chí: tốc độ ô tô, đặc tính quay vòng tĩnh của ô tô, đặc tính quay vòng động của ô tô, các trạng thái nguy hiểm, mức độ trợ lực, giảm chấn của hệ thống, các chức năng chẩn đoán và các thông tin tổng quát chung của xe (CAN). Như vậy hệ thống EPS có khả năng xử lý rộng rãi nhiều thông tin liên quan tới khả năng quay vòng của ô tô, hoàn thiện chất lượng điều khiển và quay vòng, và đặc biệt là sự làm việc của EPS không phụ thuộc vào tốc độ làm việc của động cơ đốt trong.
2.5.4 Hệ thống lái trợ lực điện tử
Hình 2.33: Cấu tạo hệ thống lái có trợ lực lái điện tử
* Nguyên lý hoạt động của hệ thống trợ lực điều khiển điện tử:
- Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử (hệ thống lái linh hoạt) hoạt động ngay cả khi xe đứng yên.
- Khi xe chạy với tốc độ cao, tình trạng mặt đường xấu và có sự thay đổi đột ngột trong khi lái như qua khúc cua với tốc độ cao, lạng lách để tránh các xe khác thì lúc này bộ trợ lực điều khiển điện tử hoạt động để hỗ trợ cho người lái xử lý tình huống một cách dễ dàng hơn.
27
- Để biết được những sự thay đổi đó thì ở hệ thống lái có các cảm biến để thu nhận những tín hiệu để truyền đến bộ xử lý trung tâm ECU. Thường có các cảm biển như cảm biến tốc độ xe, cảm biến góc quay vành lái…
- Bộ xử lý trung tâm ECU sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến sẽ xử lý các thông tin đó và đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ điện quay, làm cho bộ bánh răng hành tinh quay theo dẫn tới thanh răng sẽ chuyển động và làm cho các bánh xe dẫn hướng hoạt động
- Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử hoạt động không phụ thuộc hoàn toàn vào sự điều khiển của người lái mà nó có thể tự điều khiển việc lái xe khi mà người lái chưa tác dụng một lực nào lên vành tay lái, tức là nó có thể xem vào tức thời để hỗ trợ người lái.
Hình 2.34: Nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực điện tử
2.5.5 Hệ thống lái Steer by wire
Hệ thống lái Steer by wire nghĩa là hệ thống lái bằng dây cáp và tín hiệu điện tử. Công nghệ này xuất hiện lần vào năm 2013, thay vì truyền động bằng cách sử dụng các
28
kết nối cơ khí, hệ thống lái điện tử Steer by wire cho phép điều khiển xe bằng các tín hiệu điện tử và truyền động thủy lực.
+ Cấu tạo hệ thống lái Steer by wire:
Tuy nhiên, thay vì sử dụng bơm trợ lực như hiện nay, thì hệ thống này sử dụng một bộ điều khiển điện tử ECU để điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái cùng với bộ phận đo góc lái. Đồng thời, hệ thống này còn sử dụng một ly hợp dùng để kết nối trực tiếp từ vô lăng tới thước lái trong những tình huống khẩn cấp. Ngoài ra, hệ thống lái này còn được gắn thêm một camera để giám sát hướng di chuyển của xe và có thể tác động trực tiếp lên thước lái để dịch chuyển hướng di chuyển của bánh xe khi cần.
Hình 2.35: Cấu tạo của hệ thống lái Steer by wire
Cụ thể, hệ thống lái điện tử gồm có các bộ phận sau:
1- Hệ thống cảm biến góc quay vô lăng: Gửi mệnh lệnh tới hệ thống tính toán điện tử. 2- Bộ phận ly hợp: Đa số thời gian trong trạng thái mở. Khi điện năng gặp vấn đề sẽ
được kích hoạt, qua đó giúp vô lăng với thước lái duy trì liên kết với nhau.
3- Hệ thống tính toán điện tử: Kiểm soát động cơ điện (điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái) và hệ thống cảm biến góc quay vô lăng sao cho góc quay của bánh xe đúng với yêu cầu từ người lái.
4- Hai động cơ điện: Tiết kiệm không gian và giảm chi phí so với 1 động cơ điện to. Chúng có tác dụng thay đổi dòng thủy lực phía trong thước lái, qua đó thay đổi góc quay của bánh xe.
29
Hình 2.36: Nguyên lý hoạt động hệ thống lái Steer by wire
Người lái tác động lực vào vô lăng thì góc quay của vô lăng sẽ được tính toán bởi bộ phận đo góc lái, sau đó gửi dữ liệu đã tính toán tới ECU của hệ thống. Dữ liệu tín hiệu từ đây sẽ được xử lý để điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái, giúp bánh xe dịch chuyển theo yêu cầu của hệ thống. Vậy nên, việc điều khiển bằng cách truyền tín hiệu sẽ được diễn ra một cách nhanh hơn so với các hệ thống lái dẫn động cơ khí hiện nay.
Ngoài khả năng phản ứng nhanh thì hệ thống này còn có khả năng hạn chế phản hồi từ mặt đường, nghĩa là khi xe di chuyển vào mặt đường xấu, gập ghềnh thì các rung động từ mặt đường tác động tới vô lăng sẽ được loại bỏ, qua đó giúp người lái dễ dàng điều khiển xe hơn, tránh tình trạng mỏi tay.
Việc trang bị camera trên các dòng xe sử dụng hệ thống Drive by wire sẽ giúp quan sát và phát hiện được các vật thể trên đường. Khi xe có dấu hiệu di chuyển chệch hướng (có thể do người lái không chú ý), ECU từ hệ thống sẽ đưa ra những điều chỉnh cần thiết để chiếc xe di chuyển ở vị trí thích hợp trên đường.
Mặc dù ECU của hệ thống Drive by wire được chia thành 3 phần hoạt động riêng biệt để tránh xảy ra các lỗi có thể gây nguy hiểm tới những hành khách ngồi trên xe, thế nhưng như vậy vẫn là không đủ đối với một hệ thống liên quan trực tiếp tới sự an toàn của con người.
Hệ thống này còn được trang bị thêm một ly hợp để kết nối trực tiếp từ trục lái đến thước lái, giống như các hệ thống lái ngày nay. Điều này sẽ đảm rằng ngay cả khi ECU không hoạt động thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường, giúp nâng cao tính an toàn khi đi khiển xe
30
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA FORTUNER 2017
3.1. Giới thiệu xe Toyota Fortuner 2017
Hình 3.1: Xe ô tô Toyota Fortuner 2017
Toyota Fortuner 2017 là chiếc SUV đáng mong đợi tại thị trường Việt Nam. Toyota Fortuner với thiết kế theo ngôn ngữ “Tough & Cool” dài rộng hơn và thấp hơn. Chiếc xe thực sự cuốn hút từ cái nhìn đầu tiên như vẻ bề ngoài mạnh mẽ sang trọng. Fortuner bắt nguồn từ chữ “fortunate” có nghĩa là sự may mắn. Fortuner đáp ứng một cách hoàn hảo mong muốn sở hữu một chiếc xe mà bạn luôn mơ ước. Là sản phẩm chất lượng cao mang tính toàn cầu, Fortuner mang đến cho khách hàng không chỉ thương hiệu Toyota nổi tiếng về chất lượng, độ bền và độ tin cậy (QDR) mà còn ngoại thất hiện đại, nội thất lịch lãm, khả năng vận hành ổn định và sự an toàn cao. Chính vì vậy, kể từ khi được giới thiệu lần đầu tiên vào tháng 8 năm 2005, Fortuner đã trở thành mẫu xe được ưa chuộng trên thế giới và được khách hàng chào đón nồng nhiệt với doanh số bán cộng dồn hơn 1.3 triệu chiếc tính đến tháng 10/2016.
31
STT Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Bán kính vô lăng Rvl 195 mm
2 Tỷ số truyền cơ cấu lái iω 16,5
5
Cơ cấu lái
Đường kính vòng đỉnh bánh răng de 21 mm 6 Đường kính vòng chân bánh răng di 12 mm 7 Đường kính vòng chia bánh răng dc 17 mm
8 Số răng của bánh răng Z1 8
9 Góc riêng bánh răng β1 28 độ
10 Chiều dài thanh răng lt 735 mm
11 Đường kính thanh răng dt 32 mm
12 Số răng trên thanh răng Z2 34
13 Góc nghiêng răng của thanh răng
β2 5 độ
14 Môđun của thanh răng mt 2 mm
15 Môđun của bánh răng mb 2 mm
16 Đường kính vỏ ngoài xylanh trợ lực Dxl 60 mm
17 Đường kính pittông dp 52 mm
18 Chiều dày pittông b 8 mm
32
3.2. Cấu tạo hệ thống lái xe Toyota Fortuner 2017 3.2.1 Bố trí chung hệ thống lái 3.2.1 Bố trí chung hệ thống lái
Hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017 là hệ thống lái có trợ lực lái kiểu bánh răng- thanh răng nên giúp giảm nhẹ lao động cho người lái và tăng tính an toàn lao động. Dẫn động hệ thống lái thông qua trục lái, khớp các đăng và các khâu khớp trong hình thang lái, cơ cấu lái và bơm trợ lực lái được bố trí riêng, cơ cấu lái được bắt chặt vào khung xe và nối với trục lái bằng khớp các đăng. Bơm dầu trợ lực lái là loại bơm phiến gạt tác dụng kép, số cánh gạt là 10 cánh, trên thân bơm có bố trí van an toàn.
Hình 3.2: Hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017
Hệ Thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017 bao gồm: vành tay lái, cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái.
33
1.Vành lái (vô lăng); 2. Trục lái; 3. Thanh răng lái; 4. Xi lanh trợ lực; 5. Cảm biến tốc độ; 6.Bơm trợ lực; 7. Bình chứa dầu; 8. Van điều khiển; 9. Thanh nối;10. Làm mát dầu
trợ lực; 11. Rô tuyn.
- Vành lái (vô lăng): vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng của người lái từ vành lái đến trục răng của cơ cấu lái.
- Cơ cấu lái: cơ cấu lái sử dụng trên xe Toyota Fortuner 2017 là cơ cấu lái bánh răng trụ và thanh răng. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và khuếch đại lực điều khiển trên vành tay lái.
- Dẫn động lái: dẫn động lái bao gồm trục lái, thanh ngang, trục rô tuyn, cam quay. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng thành chuyển động góc của trục bánh xe dẫn hướng.
-Hệ thống trợ lực lái: có nhiệm vụ làm giảm lực điều khiển trên vành tay lái để giảm cường độ lao động cho người lái và để tăng tính an toàn của hệ thống điều khiển lái.
So với hệ thống lái không có trợ lực, cấu tạo chung của hệ thống lái có trợ lực gồm hai phần chính: phần lái cơ khí có cấu tạo và nguyên lý giống với các hệ thống lái thông thường, phần trợ lực với các bộ phận chính sau:
- Nguồn năng lượng của trợ lực (Bơm thủy lực) - Van phân phối (Van điều khiển)
- Cơ cấu chấp hành (Xi lanh lực)
3.2.2 Đặc điểm kết cấu của hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017
a) Cơ cấu lái
• Cơ cấu lái: cơ cấu lái sử dụng trên xe Toyota Fortuner 2017 là loại bánh răng trụ- thanh răng. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và khuếch đại lực điều khiển trên vành tay lái.
34
Hình 3.4: Cơ cấu lái bánh răng-thanh răng
1.Bạc lệch tâm; 2. Ở bị đỡ, 3. Trục răng; 4. Vít điều chỉnh; 5. Dẫn hướng thanh răng, 6.Lò xo nén, 7. Thanh răng; 8. Vỏ thanh răng, 9. Kẹp: 10. Bạc lót; 11.Cao su chắn
bụi: 12. Đầu thanh răng: 13.Thanh nối .
Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng có kết cấu đơn giản nên được sử dụng khá rộng rãi trên các loại xe ô tô hiện nay. Vỏ của cơ cấu lái được làm gang, trong vỏ có các bộ phận làm việc của cơ cấu lái, gồm trục răng phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, vỏ của cơ cấu lái bánh răng trụ - thanh răng kết hợp làm luôn chức năng của thanh lái ngang