- Hệ thống lái ôtô có trợ lực là hệ thống lái có sử dụng một phần công suất của động cơ hay từ một nguốn khác (ví dụ: động cơ điện, …) để dẫn động quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để chuyển hướng ôtô.
- Do nhu cầu vận tải bằng đường bộ lớn nên ôtô ngày càng được chế tạo lớn hơn, càng nặng, công suất của động cơ ngày càng mạnh thêm và để đảm bảo an toàn cho người lái hầu hết trên các xe ô tô hiện đại ngày nay được thiết kế lốp rộng và áp suất lốp thấp để tăng khả năng bám đường vì vậy đòi hỏi lực đánh tay lái sẽ lớn. Để đảm bảo cường độ làm việc của người lái hầu hết trên các xe đều được trang bị hệ thống trợ lực lái vì nếu tăng tỉ số truyền của cơ cấu lái thì có thể giảm được lực đánh tay lái tuy nhiên điều này sẽ khiến người lái phải quay vành tay lái nhiều hơn khi quay vòng và không thể quay góc ngoặt gấp được. Ngoài ra bộ trợ lực lái còn có ý nghía như một cơ cấu giảm chấn lái, hấp thụ va đập từ bánh xe truyền lên vành lái và đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố ở lốp xe như nổ lốp….
- Bộ trợ lực lái có nhiều loại kết cấu khác nhau tuy nhiên chúng đều có các bộ phận cơ bản như sau:
• Nguồn năng lượng: có thể lấy một phần công suất từ động cơ hay năng lượng điện từ bình ắc quy.
• Van phân phối.
• Xylanh lực.
- Một số hệ thống lái có trợ lực thông dụng hiện nay:
• Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực.
• Hệ thống lái trợ lực khí nén.
• Hệ thống lái trợ lực điện.
• Hệ thống lái trợ lực điện thuỷ lực.
- Trong các kiểu trợ lực nói trên thì kiểu trợ lực thuỷ lực được sử dụng rộng rãi hơn cả vì những ưu điểm của nó như: khả năng tác động nhanh, chính xác, kết cấu nhỏ gọn, dễ lắp đặt trên các xe loại nhỏ.
Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực:
- Bộ trợ lực thuỷ lực là bộ trợ lực sử dụng một phần công suất của động cơ để tạo ra áp suất dầu thuỷ lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để chuyển hướng chuyển động của ôtô.
Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
Các bộ phận cơ bản của bộ trợ lực thuỷ lực.
- Bơm thuỷ lực và các thiết bị phụ trợ.
- Bơm thuỷ lực là bộ phận cấu thành bộ trợ lực thuỷ lực. Được dẫn động bởi động cơ bằng đai và puli, nó có chức năng tạo ra áp suất dầu đủ lớn để cung cấp cho van phân phối dẫn đến các ngả của xylanh lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng.
- Đây là bộ phận phức tạp và chịu tải trọng lớn nhất của bộ trợ lực, bơm làm việc với tốc độ cao (bằng với tốc độ của động cơ), do sự thay đổi về cường độ làm việc và môi trường xung quanh nên nhiệt độ của bơm có thể đạt tới 100 – 110 (oC), áp suất dầu tạo ra trong khoảng 55 – 80 (kG/cm2).
- Do yêu cầu về áp suất tạo ra và làm việc trong điều kiện môi trường bất lợi nên bơm trợ lực là bộ phận được chế tạo chính xác và chỉ được tháo lắp, kiểm tra, sửa chữa khi có đầy đủ dụng cụ và vệ sinh sạch sẽ, các van phải điều chỉnh theo tài liệu hướng dẫn và có thiết bị đo áp suất. Không cho phép điều chính áp suất và lưu lượng bơm.
Bơm phiến gạt.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm thuỷ lực phiến gạt.
1,5-Cửa nạp; 2-Trục Rô to; 3,7 - Cửa xả; 4-Vòng cam; 6-Rô to; 8 - Phiến gạt;
- Trong quá trình hoạt động bơm được dẫn động bằng động cơ do đó lưu lượng của bơm thay đổi theo tốc độ của động cơ. Khi động cơ quay chậm thì lưu lượng dầu nhỏ do đó người lái cần tác động lực lớn hơn, khi động cơ quay nhanh thì lưu lượng dầu lớn hơn gấp nhiều lần do đó người lái cần tác động lực nhỏ hơn. Nói cách khác yêu cầu về lực đánh tay lái thay đổi theo tốc độ của động cơ đây là điều bất lợi về mặt ổn định lái. Vì vậy việc duy trì lưu lượng của bơm không đổi, không phụ thuộc vào tốc độ của động cơ là một yêu cầu cần thiết do đó trên các loại bơm được lắp thêm van điều tiết lưu lượng.
- Mặt khác khi xe chạy ở tốc độ cao sức cản lốp xe nhỏ do đó lực xoay các bánh xe dẫn hướng sẽ nhỏ hơn vì vậy lực đánh tay lái cũng nhỏ hơn. Vì vậy một yêu cầu của bộ trợ lực nữa là ít trợ lực hơn ở điều kiện tốc độ cao mà vẫn đạt được lực lái
78 8
910 10
11
Sơ đồ cấu tạo van điều tiết lưu lượng loại nhạy cảm với tốc độ
1 - Van điều tiết lưu lượng. 4 - Lò xo 1. 7 - Ống điều khiển. 2 - Tới cửa hút của bơm. 5,8,11 - Phớt làm kín. 9 - Van an toàn. 3 - Từ cửa xả của bơm tới. 6 - Tới hộp cơ cấu lái. 10 - Lò xo 2.
Bơm dầu kiểu phiến trượt
- Bơm phiến trượt tạo ra áp suất thuỷ lực lớn nhất khoảng 90 (kG/cm2). - Hiệu suất: 0.7 ÷ 0.75
- Ưu điểm của loại bơm này là kết cấu và công nghệ đơn giản dễ chế tạo, khối lượng nhỏ, giá rẻ tuy nhiên các chi tiết không bền, nhanh hỏng hóc.
12 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 16
Bơm dầu kiểu phiến trượt.
1 - Bình chứa dầu; 4 - Phiến tỳ; 7 - Cụm van điều tiết; 2 - Vỏ phiến trượt; 5 - Rôto lệch tâm quay; 8 - Vỏ bơm;
3 - Lò xo ép phiến trượt; 6 - Phiến trượt; 9 - Nắp bơm.
- Bơm phiến trượt có cấu tạo gọn, các chi tiết bền và có hiệu suất làm việc khá cao. Tuy nhiên giá thành chế tạo loại bơm này hơi cao.
- Áp suất dầu tạo ra trong khoảng 60 ÷ 80 (kG/cm2).
- Cũng giống như bơm phiến gạt, để đảm bảo cho quá trình làm việc trên bơm phiến trượt cùng yêu cầu lắp đặt các thiết bị phụ trợ khác như: van an toàn, van điều khiển lưu lượng và thiết bị bù không tải.
Ngoài hai loại bơm đã được giới thiệu ở trên còn một số loại bơm thuỷ lực khác cũng được sử dụng trong các bộ trợ lực thuỷ lực tuy nhiên do đặc điểm về kỹ thuật nên không được sử dụng phổ biến trên các loại bộ trợ lực ngày nay như: bơm piston, bơm bánh răng, bơm trục vít.
Van phân phối.
- Van phân phối là bộ phận được bố chí trong hộp cơ cấu lái, có chức năng thay đổi đường dẫn dầu áp lực cao, thay đổi lượng dầu áp lực cao đến xylanh lực tuỳ theo vị trí của vành lái. Có bốn loại van phân phối được sử dụng phổ biến trên các loại trợ lực thuỷ lực hiện nay là: van quay, van ống, van cánh, van trượt…
Cấu tạo van phân phối kiểu van trượt.
1 - Thân van; 5 - Vòng chặn; 9 - Bạc trượt; 13 - Nêm;
2 - Thanh xoắn; 6 - Ổ bi; 10 - Thân cơ cấu lái; 14 - Thanh răng; 3 - Mặt bích; 7- Trục vít; 11 - Lò xo; 15 - Đường dầu tới; 4 - Đường dầu hồi; 8 - Chốt khóa; 12 - Bulong điều chỉnh; 16 - Phớt làm kín.
- Thân van (1) được nối với trục chủ động bằng khớp then và được cố định với thanh xoắn (2) bằng thanh khóa. Thanh xoắn (2) được cố định với trục vít bằng chốt khóa (8). Khi trục chủ động quay làm trục (1) quay làm thanh xoắn và thân van quay theo quay, do thanh xoắn không quay hoàn toàn nên chỉ truyền một phần mô men từ trục chủ động xuống trục vít. Khi thân van quay sẽ làm thay đổi đường dầu từ bơm dẫn tới các buồng xylanh.
Xy lanh lực.
- Cặp chi tiết xylanh và piston lực trong hệ thống trợ lực thuỷ lực là bộ phận tiếp nhận lực đẩy của dầu thuỷ lực cao áp và chuyền cho cơ cấu dẫn động lái hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng.
- Tuỳ theo kết cấu của hộp cơ cấu lái và bộ phận dẫn động lái có các dạng piston và xy lanh khác nhau. Trên các loại xe du lịch nhỏ hiện đại ngày nay thường sử dụng cơ cấu dẫn động lái kiểu bánh răng thanh răng với cặp piston và xy lanh được thiết kế trực tiếp trên thanh răng. Ưu điểm của kiểu trợ lực này là có kết cấu nhỏ gọn dễ lắp đặt trên các loại xe nhỏ, trợ lực có tác động nhanh, các chi tiết có cấu tạo đơn giản.
Cấu tạo của xylanh lực trong cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng 1 - Trục van điều khiển. 3 - Bánh răng nghiêng. 7 - Piston. 2 - Thanh răng. 4, 5, 6 - Phớt dầu. 8 - Vỏ xylanh.
- Pistong trong cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng được chế tạo liền với thanh răng để đảm bảo cho cơ cấu lái được nhỏ gọn và hiệu quả tác động nhanh chóng. Thanh răng và bánh răng được chế tạo kiểu răng nghiêng như hình để đảm bảo độ bèn cho cơ cấu lái.
Đường ống dẫn dầu.
Đường ống dẫn dầu có thể được làm bằng cao su chịu áp lực hay bằng kim loại như đồng....có chức năng dẫn dầu cao áp từ bơm trợ lực tới van phân phối, các buồng xylanh và quay trở về bình chứa. Thông thường đường ống dẫn dầu từ bình chứa tới bơm và tới van phân phối được làm bằng cao xu chịu áp lực do trong quá trình vận hành cơ cấu lái có thể dịch chuyển một khoảng nhất định so với bơm và bình chứa nhiên liệu, đường ống dẫn từ van phân phối đến các buồng xylanh có thể được làm bằng đồng.
Hệ thống lái dùng bộ trợ lực điện:
- Bộ trợ lực điện là bộ trợ lực sử dụng công suất của động cơ điện một chiều để hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng.
- Ưu điểm của bộ trợ lực điện so với bộ trợ lực thủy lực là ít tiêu hao công suất động cơ hơn. Trên bộ trợ lực thủy lực đông cơ luôn luôn kéo bơm thủy lực hoạt động, điều này gây lãng phí công suất của động cơ trong những khoảng thời gian không có yêu cầu trợ lực. Khắc phục được nhược điểm này bộ trợ lực điện chỉ cung cấp những mô men trợ lực trong những khoảng thời gian cần thiết nhờ các cảm biến mô men quay của trục lái và các cảm biến khác quyết định thời điểm và cường độ dòng điện đưa vào động cơ điện một chiều.
Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện
lại và hệ thống lái vẫn có thể hoạt động được.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
1 - Trục vít. 4 - Rôto. 7 - Trục lái chính. 2 - Vỏ trục lái. 5 - Stator. 8 - Bánh vít. 3 - Khớp nối. 6 - Trục chính. 9 - Ổ bi.
Cảm biến, rơle điều khiển.
+ Cảm biến mô men quay trục lái:
- Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính. Người ta bố trí vòng phát hiện một và hai trên trục sơ cấp phía vô lăng và vòng phát hiện thứ ba trên trục thứ cấp. Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhau bằng một thanh xoắn.
Cấu tạo cảm biến mô men trục lái.
1-Vòng phát hiện thứ nhất; 2-Trục sơ cấp; 3-Cuộn dây bù; 4-Vòng phát hiện thứ hai; 5- Cuộn dây phát hiện; 6-Vòng phát hiện thứ ba; 7-Trục thứ cấp.
- Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài để hình thành một mạch kích thích. Khi tạo ra mô men lái thanh xoắn bị xoắn tạo ra độ lệch pha giữa vòng phát hiện thứ hai và ba. Dựa trên độ lệch pha này một tín hiệu tỉ lệ với mô men được đưa vào ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU tính toán mô men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ điện với một cường độ, chiều và thời điểm cần thiết.
+ Rơle điều khiển:
- Rơle điều khiển có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và cung cấp điện cho động cơ điện một chiều hoạt động và ngắt điện ngừng quá trình trợ lực.
ECU EPS
- ECU EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá chung tình trạng của xe và quyết định dòng điện cần thiết để đưa vào động cơ điện một chiều để trợ lực.
- ECU ABS nhận biết tốc độ của xe và đưa tới ECU EPS.
- ECU động cơ nhận biết tốc độ của động cơ và đưa tới ECU EPS.
- Trong trường hợp hệ thống có sự cố ECU EPS sẽ gửi tín hiệu tới rơle bật sáng đèn trên trên đồng hồ táp lô.
Cách bố trí các cảm biến trên xe.
1 - Bộ chấp hành ABS và ECU ABS; 2 - Cmr biến mô men; 3 - Động cơ điện một chiều; 4 - ECU EPS; 5 - Đồng hồ táp lô; 6 - Cơ câu giảm tốc; 7 - Rơ le; 8 - ECU động cơ
II. HƯ HỎNG TRONG HỆ THỐNG LÁI: