1.2.1. Ảnh hƣởng của hình học của góc nghiêng trục lái.
Góc lệch đƣợc tạo thành giữa trục xoay đứng và đƣờng thẳng đứng gọi là góc kingpin hay góc nghiêng của trục lái. Trục xoay đứng là trục mà trên đó bánh xe có thể xoay về phía phải hoặc trái. Trục này đƣợc xác định bằng cách vạch một đƣờng thẳng tƣởng tƣợng đi qua tâm của ổ bi đỡ trên của bộ giảm chấn và khớp cầu của đòn treo dƣới (đối với trƣờng hợp hệ thống treo kiểu thanh giằng). Nhìn từ phía trƣớc xe, đƣờng thẳng này nghiêng về phía trong.
Hình 1.2: Sơ đồ góc nghiêng trục lái (góc kingpin).
Khoảng cách L từ giao điểm giữa trục xoay đứng và mặt đƣờng đến giao điểm giữa đƣờng tâm bánh xe và mặt đƣờng đƣợc gọi là “độ lệch hay độ lệch kingpin”.
Trang 35 Khi bánh xe đƣợc lái, các bánh xe và phần đƣợc lái của hệ thống treo xoay quanh trục kingpin. Các ảnh hƣởng kết hợp của độ lệch và độ nghiêng gây ra ở các trung tâm khớp nối bánh xe di chuyển qua một vòng cung quay về trục quay lái giao với mặt đất, nó là nguyên nhân làm cho bánh xe có độ khum, và di chuyển chiều dọc theo trung tâm bánh xe đối với hệ thống treo. Tất cả những hiệu ứng đó đƣợc bao gồm trong phần mềm VS
Ngoài ra, trục quay của một bánh xe dẫn hƣớng thƣờng là không vì phần lớn nó vuông góc với trục lái. Điều này góp phần thay đổi cơ cấu lái với góc nghiêng trục lái, đƣợc đo bằng sự quay của giao điểm của mặt phẳng bánh xe với mặt phẳng XY của xe trên một đơn vị quay về trục hệ thống lái (kingpin). Màn hình CarSim hệ thống lái cho phép bạn chọn các tính chất của bánh xe hoặc là hệ thống lái theo trục Z của xe hoặc điều khiển về góc nghiêng trục lái. Việc xác định điều khiển đối với các trục Z có nghĩa là những ảnh hƣởng của các biến số thu đƣợc bao gồm trong bảng động học của bánh xe. Xác định điều khiển đối với các chi tiết cụ thể của góc nghiêng trục lái ảnh hƣởng đến các biến số thu đƣợc không bao gồm trong bảng động học của bánh xe (ví dụ, hệ thống lái đƣợc đo nhƣ là góc quay về hƣớng trục). Các tùy chọn đầu tiên là trạng thái mặc định trong CarSim.
Đối với góc caster và hệ thống lái nghiêng trục thƣờng đƣợc tìm thấy trên xe khách và xe tải nhẹ, và điều khiển các góc thƣờng gặp phải trong hệ thống lái, sự khác biệt giữa hai sự lựa chọn là nhỏ…
1.2.2. Hệ thống lái trợ lực.
Do cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn ô tô dùng lốp có bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc nên cần lực lái lớn hơn. Lực lái có thể giảm bằng cách thay đổi tỷ số truyền cơ cấu lái nhƣng phải xoay vô lăng nhiều hơn. Điều đó không hiệu quả khi xe quay vòng gấp. Chính vì vậy mà hệ thống lái trợ lực ra đời giúp giảm lực lái trong khi số vòng quay tay lái không đổi
Nếu một hệ thống lái trợ lực đƣợc chọn, liên kết đƣợc làm sẵn cho một bảng xác định các lực hỗ trợ quay vòng nhƣ một hàm của mô-men xoắn thanh xoắn và tốc độ xe.
Trang 36 Trong cấu hình hệ thống lái trợ lực phổ biến nhất, một thanh xoắn đƣợc đặt giữa tay lái và đầu vào bánh răng hệ thống lái. Độ lệch của thanh xoắn do mô-men xoắn đƣợc áp dụng để mở van, áp lực thủy lực trực tiếp đến cho cơ cấu lái theo hƣớng lệch này. Áp lực tạo ra một lực hay mô-men để giúp điều khiền hƣớng.
Đầu ra của hệ thống không thể thay đổi ngay lập tức để đáp ứng với sự thay đổi ở đầu vào mà cần có một hằng số thời gian đơn giản đƣợc sử dụng để xác định một sự chậm trễ đầu tiên đáp ứng cho hệ thống.
1.2.3. Động học hệ thống lái.
Ảnh hƣởng động học của hệ thống lái bao gồm sự thay đổi các hệ số hệ thống lái và các bảng cho liên kết động học. Nếu tỷ lệ thay đổi hệ thống lái đƣợc chọn, một liên kết đƣợc cung cấp cho bảng để xác định đầu ra hệ thống lái (độ hay mm, tùy thuộc vào loại thiết bị đƣợc lựa chọn) so với đầu vào. Trong trƣờng hợp hệ thống lái bằng tay, đầu vào cơ cấu lái bằng bằng đầu vào bánh lái (vô lăng). Với trợ lực lái, đầu vào thiết bị lái bằng đầu vào bánh lái thanh xoắn trừ đi các độ võng. Nếu một tỉ lệ không đổi của hệ thống lái đƣợc chọn, một vùng sẽ xuất hiện để xác định hệ số cơ cấu thanh răng và bánh răng C (khoảng cách của sự dịch chuyển cơ cấu thanh răng bằng với số vòng quay hệ bánh răng) hoặc hệ số cơ cấu lái trục lái bi (độ quay bánh răng đầu vào bằng với mỗi độ vòng quay tay lái.)
Hệ thống lái đƣợc kết nối với khớp nối hệ thống lái bởi các liên kết (liên kết thanh) để thay đổi đầu ra hệ thống lái. Bảng bánh xe dẫn hƣớng trên đƣờng bằng với mỗi đơn vị tính toán đầu ra cơ cấu lái cho các hiệu ứng, chẳng hạn nhƣ cơ cấu lái Ackerman (là một sắp xếp hình học của các mối liên kết trong hệ thống lái của một chiếc xe hơi thiết kế để giải quyết vấn đề của bánh xe ở bên trong và bên ngoài theo bán kính quay vòng ở các bánh xe).
Tƣơng tác giữa các mô hình trình điều khiển kiểm soát hệ thống lái và hệ thống lái động học xác định trong các bảng liên quan đến một số giả định. Từ góc hệ thống lái của bánh xe trƣớc là luôn luôn dƣơng với đầu vào hệ thống lái (quay tay lái sang trái làm cho bánh xe phía trƣớc rẽ trái), các dấu hiệu của độ nghiêng trong bảng cơ cấu lái và bánh xe điều khiển phải là giống nhau. Để đơn giản, dữ liệu trong các bảng luôn luôn phải có độ dốc dƣơng. Đó là sự dịch chuyển thanh răng hệ thống lái ( mm) hoặc xoay tay lái ( deg) phải luôn luôn tăng giá trị đầu vào
Trang 37 hệ thống lái. Tƣơng tự, bánh xe điều khiển phải tăng với sự tăng đầu ra cơ cấu lái hoặc cơ cấu thanh răng. Đối với bốn bánh dẫn hƣớng với trục cầu sau chủ động trong giai đoạn đối nghịch với trục trƣớc chủ động. Sự khác biệt giữa hệ cơ cấu thanh răng bánh răng đƣợc gắn phía trƣớc của trục xe và những cái đƣợc gắn ở phía sau trục xe đƣợc tính cho các lực bên phù hợp với hệ thống lái (steer vs FY) quy định trên màn hình hệ thống treo.
1.2.4. Tính biến dạng mềm.
Tính biến dạng mềm trong hệ thống lái đƣợc giả định là ở tổng mô-men về khoảng kingpin các trục của từng bánh xe. Những khoảnh này đƣợc gây ra bởi các lực tác dụng lên lốp và các mô-men thẳng hàng, cùng với những góc hình học kingpin. Tổng mô-men đƣợc xác định theo một chức năng không phi tuyến để xác định tính biến dạng mềm hệ thống lái của cả hai bánh xe trong 1 hệ thống treo.
Lực dọc lốp xe gây ra một mô-men về các trục kingpin nếu trục là hƣớng vào trong ở cả hai bên và hƣớng dọc. Nếu bên trái và bên phải theo chiều lực dọc không giống nhau, chẳng hạn nhƣ khi khung gầm cuộn lần lƣợt, một mô-men thu đƣợc là áp dụng phù hợp cho các hệ thống lái.
1.2.5. Độ nhạy hệ thống lái ở tốc độ mô-men xoắn thấp (mô-men xoắn khi đậu xe).
Khi xe đứng yên (tốc độ xe bằng 0), sự điều khiển một lốp xe đòi là một sự kết hợp của sự mài mòn và ma sát, tùy thuộc vào bán kính ma sát (các bên dịch chuyển giữa trung tâm tiếp điểm của lốp xe và giao điểm của trục lái với mặt đất). Các lực cản gây ra bởi sự mài mòn này tạo nên một mô-men xoắn vào thời điểm góc nghiêng trục lái, sự tăng cƣờng các ảnh hƣởng của hệ thống lái ở tốc độ thấp.
Những đặc tính này đƣợc mô tả trong bảng trên hệ thống lái: màn hình
ParkingTorque.
Độ lớn của mô-men xoắn này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cả đặc tính lốp xe, hệ số ma sát mặt đƣờng, hệ thống lái hình học, và các liên kết tĩnh. Các mô hình lốp xe không đƣợc thiết kế để dự đoán hiệu suất này, và dữ liệu lốp đƣợc chuyển về trung tâm để liên hệ kết nối mà không có trục lăn là rất khó đo. Hệ thống lái ở tốc độ mô-men xoắn thấp bao gồm một đặc tính đƣợc xác định theo thời gian sử dụng của chiếc xe, lốp xe, và đƣờng bộ. Nó đƣợc định nghĩa nhƣ là một chức năng tốc độ cho hệ thống lái thực tế ở tốc độ bằng không hoặc rất
Trang 38 thấp, và giảm những tác động của ma sát cũng nhƣ tăng tốc độ và hoạt động chi phối của bánh lái.
Khi sự điều khiển của hệ thống lái đƣợc thay đổi, các mô-men xoắn quan sát thấy không nhảy ngay lập tức từ một giới hạn đến một số khác mà phải mất một khoảng nhất định của hệ thống lái cho quá trình chuyển đổi. Một thông số đƣợc gọi là beta để xác định tốc độ hệ thống lái làm cho quá trình chuyển đổi. Beta đôi khi đƣợc gọi là một khoảng thời gian liên tục, xuất hiện trong các phƣơng trình giống nhƣ một hằng số thời gian trong phƣơng trình vi phân bậc nhất. Tuy nhiên, thay vì có các đơn vị thời gian, nó có các đơn vị của độ lệch góc. Beta là khoảng 1 / 3 của góc cần thiết để đi qua 95% hành trình của sự thay đổi trong mô-men xoắn từ giới hạn khác. Ví dụ, nếu nó mất 1,5 ° để đi hết 95% hành trình