Dẫn động lái

Dẫn động lái của xe Toyota Vios bao gồm trục lái chính và các thanh dẫn động. Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ cấu lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái chính được làm thon và xẻ hình răng cưa, vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai ốc

Trục lái của xe Toyota Vios dạng ống lồng liên kết với cơ cấu lái nhờ khớp các đăng.

Hình 2.14 Trục lái.

- Tay lái có thể điều chỉnh gật gù, gần xa để thích hợp với từng người lái.

Hình 2.15 Vành lái

- Lực trên vành tay lái khi trên đường xấu không quá 20 KG - Hành trình tự do của vành lái 300

Trên xe Toyota Vios được trang bị hệ thống lái có khả năng thay đổi góc nghiêng của tay lái.

Đối với loại trục lái thay đổi góc nghiêng thì ngoài những chi tiết kể trên, trục chính không phải là một thanh liên tục mà ñược chia thành hai phần có thể chuyển động tương đối với nhau trong một góc độ nhất ñịnh nhờ kết cấu ñặc biệt của khớp nối. Tuỳ thuộc vào tư thế và khuôn khổ của người lái mà vánh lái có thể được điều chỉnh với góc nghiêng phù hợp.

Hình 2.16 Các chi tiết chính của trục lái *Cơ cấu hấp thụ va đập:

Khi xe bị ñâm, cơ cấu này giúp người lái tránh ñược thương tích do trục lái chính gây ra bằng 2 cách: gãy tại thời ñiểm xe bị ñâm (va ñập sơ cấp); và giảm va ñập thứ cấp tác ñộng lên cơ thể người lái khi cơ thể người lái bị xô vào vô lăng do quán tính.

(1) Cơ cấu hâp thụ va đập kiểu uốn (2) Cấu tạo:

Cơ cấu hấp thụ va ñập bao gồm một giá ñỡ phía dưới, giá ñỡ dễ vỡ, trục trung gian và tấm hấp thụ va ñập. Trục lái ñược lắp với thanh tăng cứng bảng táp lô thông qua giá ñỡ phía dưới và giá ñỡ dễ vỡ. Trục lái và hộp cơ cấu lái ñược nối với trục trung

Hình 2.17Cơ cấu hập thụ va đập

Hoạt động:

Khi hộp cơ cấu lái chuyển dịch khi xe bị va đập (va đập sơ cấp) thì trục trung gian co lại, do đó làm giảm khả năng trục lái và vô lăng nhô lên trong buồng lái.

Khi một lực va đập ñược truyền vào vô lăng trong sự cố ñâm xe (va đập thứ cấp) thì cơ cấu hấp thụ va ñập và túi khí của người lái giúp hấp thu va ñập. Hơn nữa, giá ñỡ dễ vỡ và giá đỡ phía dưới tách ra làm cho toàn bộ trục lái đổ về phía trước. Lúc này tấm hấp thụ va ñập bị biến dạng để giúp hấp thu tác động của va đập thứ cấp.

*Cơ cấu tay lái nghiêng:

Cơ cấu tay lái nghiêng cho phép lựa chọn vị trí vô lăng (theo hướng thẳng đứng) để thích hợp với vị trí ngồi lái của người lái xe. Cơ cấu tay lái nghiêng ñược phân loại thành: loại ñiểm tựa trên và loạiđiểm tựa dưới.

Hình 2.18 Cơ cấu tay lái nghiêng

Cấu tạo: Cơ cấu tay lái nghiêng bao gồm một cặp cữ chặn nghiêng, bulông khoá nghiêng, giá ñỡ kiểu dễ vỡ, cần nghiêng v.v...

Vận hành:

Hình 2. 19 Cấu tạo cơ cấu tay lái nghiêng điểm tựa dưới

Các cữ chặn nghiêng xoay ñồng thời với cần nghiêng. Khi cần nghiêng ở vị trí khoá, đỉnh của các cữ chặn nghiêng được nâng lên và đẩy sát vào giá đỡ dễ vỡ và gá

chuyển sang vị trí tự do thì sẽ loại bỏ sự chệnh lệch độ cao của các cữ chặn nghiêng và có thể ñiều chỉnh trục lái theo hướng thẳng đứng.

*Cơ cấu trượt tay lái:

Hình 2.20 Cơ cấu trượt tay lái

Cơ cấu trượt tay lái cho phép ñiều chỉnh vị trí vô lăng về phía trước hoặc về phía sau cho phù hợp với vị trí của người lái xe.

Cơ cấu trượt vô lăng bao gồm ống trục trượt, hai khoá nêm, bu lông chặn, cần trượt v.v...

Hình 2.21 Các chi tiết chính của cơ cấu trượt tay lái

Hoạt ñộng:

Các khoá nêm sẽ dịch chuyển khi ta chuyển ñộng cần trượt.

Khi cần trượt ñang ở vị trí khoá thì nó ép các khoá nêm vào ống trục trượt và khoá ống trục trượt. Mặt khác, khi cần trượt ñược chuyển sang vị trí tự do sẽ tạo ra

một khoảng cách giữa các khoá nêm và ống trục trượt, và có thể ñiều chỉnh trục lái theo hướng về phía trước hoặc phía sau.

2.3.3 Trợ lực lái

Hệ thống trợ lực lái trên xe Toyota Vios 1.5E là hệ thống trợ lực thủy lực. Trong đó van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái. Thanh răng của cơ cấu lái cũng đồng thời là xy lanh lực của hệ thống trợ lực.

- Ưu điểm của kiểu bố trí này là kích thước nhỏ gọn, và có độ nhạy cao.

- Nhược điểm của kiểu bố trí này là kết cấu phức tạp, các chi tiết của dẫn động lái chịu tải trọng lớn.

2.3.3.1 Bơm thủy lực:

Bơm thủy lực sử dụng trong hệ thống trợ lực lái trên xe Toyota Vios là bơm kiểu cánh gạt. Bơm thủy lực được đặt phía trên động cơ và được dẫn động từ động cơ bằng bộ truyền đai.

* Bơm trợ lực lái kiểu cánh gạt:

Bơm được dẫn động bằng puli trục khuỷu động cơ và dây đai dẫn động, và đưa dầu bị nén vào hộp cơ cấu lái.

Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào hộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ một van ñiều khiển lưu lượng và lượng dầu thừa được đưa trở lại đầu hút của bơm.

Hình 2.22 Bơm trợ lực lái kiểu cánh gạt

Để cung cấp cho hệ thống thuỷ lực hoạt ñộng hỗ trợ cho hệ thống lái, người ta sử dụng một bơm thuỷ lực kiểu cánh gạt. Bơm này được dẫn động bằng mô men của động cơ nhờ truyền ñộng puli - đai. Nó bao gồm rất nhiều cánh gạt (van) vừa có thể di chuyển hướng kính trong các rãnh của một rô to.

Khi rô to quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt này bị văng ra và tì sát vào một không gian kín hình ô van. Dầu thuỷ lực bị kéo từ ñường ống có áp suất thấp (return line) và bị nén tới một ñầu ra có áp suất cao. Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc vào tốc độ của động cơ. Bơm luôn ñược thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động cơ chạy không tải, và do vậy nó sẽ cung cấp quá nhiều dầu khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Để tránh quá tải cho hệ thống ở áp suất cao, người ta phải lắp đặt cho hệ thống một van giảm áp.

Bơm được dẫn động nhờ trục khuỷu của động cơ qua puly lắp ở đầu bơm để đưa dầu nén vào hộp cơ cầu lái. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ động cơ nhưng nhờ van điều chỉnh lưu lượng đưa dầu thừa trở lại đầu hút của ñộng cơ mà dầu vào hộp cơ cấu không đổi, ổn định được lực đánh lái.

a )Xi lanh lực

Trên xe Toyota Vios 1.5E thanh răng đóng vai trò pit tông trợ lực và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên pít tông theo cả hai hướng. Trục van phân phối được nối với vô lăng. Khi vô lăng ở vị trí trung gian (xe chạy thẳng) thì van phân phối cũng ở vị trí trung gian. Do đó dầu từ bơm trợ lực lái không vào khoang nào mà quay trở lại bình chứa. Tuy nhiên, khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì van phân phối thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng. Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van phân phối.

Hình 2.23 Xi lanh lực trên xe Toyota Vios.

1-chốt nối trục van và thanh xoắn; 2-thanh xoắn; 3-trục van; 4-ống van quay; 5,6-đường dầu; 7-vỏ van; 8-xi lanh; 9-pít tông; 10-rô tuyn; 11-thanh răng; 12-trục

c) Van phân phối

Van phân phối sử dụng trong hệ thống trợ lực lái trên xe Toyota Vios là loại van quay. Trong van phân phối có phần tử định tâm và phần tử phản lực. Van phân phối được chế tạo với độ chính xác rất cao, trong đó có các van an toàn để tránh cho áp suất dầu tăng quá cao và đảm bảo cho hệ thống lái làm việc bình thường khi bơm dầu bị hỏng.

Hình 2. 24 Van phân phối kiểu quay.

1.Thanh xoắn; 2. Trục van; 3. Van quay; 4. Vỏ van phân phối; 5. Trục răng; 6. Chốt cố định; 7. Cửa nạp; 8. Cửa hồi; 9. Miếng hãm (trục răng).

Van phân phối trong cơ cấu lái quyết định đưa dầu từ bơm trợ lực lái đi vào buồng nào. Trục van phân phối (trên đó tác động mô men vô lăng) và trục răng được nối với nhau bằng một thanh xoắn. Van quay và trục răng được cố định bằng một chốt và quay liền với nhau. Nếu không có áp suất của bơm tác động, thanh xoắn sẽ ở trạng thái hoàn toàn xoắn và trục van phân phối và trục răng tiếp xúc với nhau ở miếng hãm và mômen của trục van phân phối trực tiếp tác động lên trục răng.

* Nguyên lý hoạt động - Hoạt động của van quay:

Hình 2.25 Hoạt động của van quay

Chuyển động quay của trục van ñiều khiển kiểu van quay tạo nên một giới hạn trong mạch thuỷ lực. Khi vô lăng quay sang phải áp suất bị hạn chế tại các lỗ X và Y. Khi vô lăng quay sang trái trục van ñiều khiển tạo giới hạn tại X' và Y'.

Khi vô lăng xoay thì trục lái quay, làm xoay trục vít qua thanh xoắn. Ngược lại với trục vít, vì thanh xoắn xoắn tỷ lệ với lực bề mặt ñường, trục van ñiều khiển chỉ quay theo mức ñộ xoắn và chuyển ñộng sang trái hoặc sang phải. Do vậy tạo các lỗ X và Y (hoặc X' và Y') và tạo sự chênh lệch áp suất thuỷ lực giữa các buồng xi lanh trái và phải.

Bằng cách này, tốc ñộ quay của trục van ñiều khiển trực tiếp làm thay ñổi ñường ñi của dầu và ñiều chỉnh áp suất dầu.

Dầu từ bơm trợ lực lái sẽ vào vòng ngoài của van quay và dầu chảy về bình chứa qua khoảng giữa thanh xoắn và trục van ñiều khiển.

Khi trục van phân phối không quay nó sẽ nằm ở vị trí trung gian so với van quay. Dầu do bơm cung cấp quay trở lại bình chứa qua cổng "D" và buồng "D". Các buồng trái và phải của xi lanh bị nén nhẹ nhưng do không có sự chênh lệch áp suất nên không có lực trợ lái.

Hình 2.26 :Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí trung gian.

Hình 2. 27: Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí quay vòng sang phải.

Khi xe quay vòng sang phải, thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối theo đó quay sang phải. Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vào các cổng "C"và cổng "D". Kết quả là dầu chảy từ cổng"B" tới ống nối "B" và sau đó tới buồng xi lanh phải, làm thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối "C" → cổng "C" → cổng "D" → buồng "D".

Hình 2.28 Nguyên lý hoạt động van phân phối ở vị trí quay vòng sang trái.

Khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn bị xoắn và trục van phân phối cũng quay sang trái. Các lỗ X' và Y' hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy dầu vào các cổng "B" và"C". Do vậy, dầu chảy từ cổng "C" tới ống nối "C" và sau đó tới buồng xi lanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh phải chảy về bình chứa qua ống nối "B"→ cổng " B"→ cổng "D"→ buồng "D". 2.2.4. Tính tùy động hệ thống lái xe Toyota Vios

Muốn giữ nguyên góc quay của xe, người lái ngừng đánh tay lái và giữ nguyên lực tác dụng đặt lên vành tay lái. Tại thời điểm này thì van phân phối ở vị trí mở để cung cấp dầu cao áp cho một khoang của xi lanh lực. Do có tác dụng của dầu có áp suất cao ở khoang công tác vẫn tiếp tục đẩy xi lanh lực chuyển động, làm cho thanh răng chuyển động, đồng thời lúc này trục răng đứng im do người lái ngừng đánh tay lái. Như vậy sự dịch chuyển của thanh răng sẽ làm trục răng và van phân phối chuyển động cho tới khi van phân phối ở vị trí trung gian, nối thông khoang công tác của xi lanh lực với đường hồi dầu về bình chứa dầu thì dừng lại. Lúc này dầu ở hai khoang công tác của xi lanh lực có áp suất bằng nhau, xi lanh lực sẽ dừng ở vị trí này, vị trí tương ứng với góc quay vành tay lái, và góc quay của bánh xe dẫn hướng được giữ nguyên, do vậy đảm bảo được tác dụng tùy động trong hệ thống lái tùy theo góc quay vành tay lái. Nếu muốn quay vòng với góc quay vòng lớn hơn thì người lái phải tiếp

Sau khi quay vòng muốn cho xe trở về trạng thái chuyển động thẳng nhanh chóng thì người lái đánh nhẹ vành tay lái ngược với góc quay ban đầu, lúc này dưới tác dụng của áp suất dầu ở buồng phản lực sẽ đưa và giữ van phân phối ở vị trí trung gian, đảm bảo cho dầu ở các khoang của xi lanh lực thông nhau và thoát về bình chứa. Đồng thời dưới tác dụng của mômen ổn định bánh xe dẫn hướng sẽ làm cho xe nhanh chóng trở về trạng thái chuyển động thẳng.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA VIOS 1.5E

Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái bao gồm tính toán kiểm tra động học của dẫn dộng lái và tính toán kiểm bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái.

Tính toán kiểm tra động học của dẫn động lái nhằm kiểm tra dẫn động lái theo điều kiện trượt bên của các bánh xe dẫn hướng khi ô tô quay vòng. Có hai phương pháp kiểm tra động học hình thang lái là phương pháp hình học và phương pháp đại số.

Tính bền cho các chi tiết cơ bản của hệ thống lái bao gồm bánh răng trụ, thanh răng, trục lái, thanh lái dọc, thanh lái ngang và các khớp cầu.

3.1. Thông số đầu vào

Thông số đầu vào cho tính toán kiểm tra động học hình thang lái, và tính bền hệ thống lái được cho trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Thông số đầu vào

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Chiều dài cơ sở L mm 2550

Khoảng cách giữa hai trụ đứng B0 mm 1470

Chiều dài thanh bên hình thang lái m mm 160

Chiều dài thanh lái ngang n mm 910

Bán kính vành tay lái R mm 180

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic 19,5

Bán kính bánh xe rbx mm 354

Số răng của trục răng Z1 9

Số răng của thanh răng Z2 27

Đường kính vòng đỉnh của trục răng dd mm 50

3.2. Tính toán kiểm nghiệm hình thang lái xe Toyota Vios 1.5E

3.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán kiểm tra động học hình thang lái

Theo lý thuyết quay vòng của các bánh xe dẫn hướng: điều kiện quay vòng lý tưởng để các bánh xe không bị trượt bên là:

Cotgi - cotgi = (3.1) Trong đó:

i – góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên trong (độ); i – góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng ngoài (độ); B – khoảng cách giữa 2 đường tâm trụ đứng (mm);

L B0

L – chiều dài cơ sở của xe (mm).

Hình 3.1. Sơ đồ quay vòng của ô tô.

Từ hình vẽ 3.1 ta có: góc (GA· E) = α (góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài).

Ta có: cotg αi = thay vào (3.1) ta được:

- cotg βi =

 cotg βi =

Như vậy góc quay của bánh xe dẫn hướng trong β bằng góc (GBE· ). Từ đó ta có ứng với các cặp (i, i) của công thức (3.1) đưa vào hình vẽ trên ta được các giao điểm Ei nằm trên đường thẳng GC, thì động học hình thang lái đã có đảm bảo cho xe quay