Từ đồ thị trên ta thấy nếu cho trước một góc γx sẽ có một góc βx và xuất hiện một góc α tương ứng, nghĩa là βx = f(α,γx). Với các giá γx, m và nx ta thu được các đường cong khác nhau. Các đường con biểu diễn thực tế về các góc quay của bánh xe dẫn hướng so với đường cong lý thuyết là không thể trùng nhau vẫn luôn có sai lệch. Ta chọn đường cong γx nào nằm sát so với đường lý thuyết nhất để đường cong thực tế chỉ sai lệch 3 đến 5% so với lý thuyết là tốt nhất.
Như vậy giá trị γhl là gần với được cong lý tưởng nhất và được chọn, nó phụ thuộc vào tỉ số m/nx và b/Lx với sai lệch góc α < 10 , m = 0.14, nx = b – 2msinγx. Các thông số này được thiết kế sẵn, dù có sai lệch nhất định so với đường cong lý thuyết thì vẫn đảm bảo cơ cấu hình thang lái này thỏa được tính ổn định khi quay vòng.
Ổn định hướng chuyển động thẳng của hệ thống lái sẽ phụ thuộc tính ổn định của bánh xe dẫn hướng. Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng là khả năng của chúng giữ được vị trí ban đầu ứng với khi xe chuyển động thẳng và tự quay về vị trí này sau khi bị lệch. Tính ổn định giúp làm giảm lực tác dụng lên hệ thống lái và khả năng dao động của bánh xe dẫn hướng.
Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thành phần phản lực là lực thẳng đứng, bên và tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyển động.
Các nhân tố kết cấu sau đây đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng đó là:
+Góc nghiêng ngoài của bánh xe ϑ
+Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay góc β. +Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay góc γ. +Độ chụm bánh xe χ (góc chụm θ).
2.2.1 Góc nghiêng ngoài của bánh xe ϑ
Khi bánh xe bị đặt nghiêng, nó có xu hướng lăn theo một cung tròn với tâm quay là giao điểm của đường tâm bánh xe và mặt đường. Điều này dẫn đến làm nảy sinh ở vùng tiếp xúc của bánh xe và mặt đường phản lực bên hướng về phía nghiêng của bánh xe khiến cho lực cản lăn và độ mài mòn của lốp tăng lên. Góc nghiêng ngoài của bánh xe sẽ ngăn bánh xe nghiêng theo chiều không mong muốn dưới tác dụng của trọng lượng xe do các khe hở và biến dạng khi làm việc của hệ thống treo trước và giữ cho bánh dẫn hướng trên trục của cam quay.
Hình 2.5: Góc nghiêng ngoài của bánh xe
Đối với hệ thống lái sẽ giúp giảm cách tay đòn n của phản lực pháp tuyến đối với trục trụ đứng để giảm tải trọng tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.
2.2.2 Góc nghiêng ngang β của trụ quay đứng
Khi trụ đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên trục trước của xe sẽ đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng. Bởi vì trên mặt đường cứng, khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của xe được nâng lên.
Hình 2.6: Góc nghiêng ngang của trụ quay đứng
Nếu xem như bánh xe không có góc nghiêng ngoài (góc dỗng) thì ta có thể phân phản lực thẳng đứng của đất Zb thành hai thành phần: Zbcosβ song song với đường tâm trục quay đứng và Zbsinβ vuông góc với nó.
Trên hình 2.7 biểu thị bánh xe và các lực tác dụng lên nó trong mặt phẳng đường.
Giả sử rằng các bánh xe được quay đi một góc là α , khi đó lực Zbsinβ có thể chia thành hai lực thành phần: Zbsinβcosα tác dụng trong mặt phẳng đi qua đường tâm của cam quay và Zbsinβsinα tác dụng trong mặt phẳng giữa của bánh xe.
Hình 2.7: Sơ đồ phân tích phản lực đường tạo nên momen ổn định
Từ hình 2.7 ta tìm được mômen ổn định tạo nên bởi các phản lực thẳng đứng là: Mzβ = Z lsinβsinα
Ở đây:
l – Khoảng cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới đường tâm của trụ đứng. Mômen ổn định Mzβ = Z lsinβsinα tăng lên cùng với sự tăng của góc quay vòng α của bánh xe dẫn hướng.
Khi α nhỏ thì định Mzβ = Z lsinβsinα nhỏ và ảnh hưởng của nó tới tính ổn định không lớn.
Mômen này có ý nghĩa chủ yếu là làm cho các bánh dẫn hướng tự động quay về vị trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng.
Khi quay vòng, Mzβ = Z lsinβsinα sẽ chống lại sự quay vòng, vì vậy phải tăng thêm lực tác dụng lênvành tay lái. Mặt khác, nhờ độ nghiêng ngang của trụ đứng mà mômen của phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe sẽ giảm xuống, vì cánh tay đòn của nó được giảm đi. Trị số β thông thường từ 00 đến 80.
2.2.3 Góc nghiêng dọc γ của trụ quay đứng
Trụ đứng nghiêng về phía sau so với chiều chuyển động của ô tô một góc γ. Dưới tác dụng của lực ly tâm khi xe vào đường vòng, lực gió bên hoặc thành phần bên của trọng lực khi xe chạy trên mặt đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện phản lực bên Yb.
Phản lực trên Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc O một mômen ổn định:
Myy = YbC
Mômen này có xu hướng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệchkhỏi vị trí này.
Hình 2.8: Góc nghiêng dọc của trụ quay thẳng đứng
Vì c = rbsin γ nên mômen ổn định được viết dưới dạng: Myy = Ybrbsinγ
Khi quay vòng, người lái phải tạo ra một lực để khắc phục momen này, nên γ thường nhỏ, thông thường γ từ 00 đến 30. Momen ổn định Myy không phụ thuộc góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
2.2.4 Góc góc chụm θ của bánh xe
Góc chụm là góc được tạo nên bởi hình chiếu lên mặt phẳng ngang của đường kính hai bánh xe dẫn hướng.
Hình 2.9: Góc chụm θ của bánh xe
Mục đích của góc chụm bánh xe là tránh cho việc hai bánh dẫn hướng bị
ổ đỡ của trụ quay đứng và của các mayơ bánh xe có khe hở do bị mòn hoặc do biến dạng của các chi tiết cầu trước và hệ thống treo. Ngoài ra góc chụm còn giảm được momen tác dụng lên hệ thống lái do giảm cánh tay đòn giúp ổn định tay lái.
Trên thực tế nếu không bố trí góc chụm θ thì các bánh xe dẫn hướng sẽ có xu hướng bị nghiêng vào do tải trọng tác dụng lên cầu trước và sẽ lăn làm quỹ đạo hội tụ gây ra sự trượt và làm cho lốp bị mòn. Để giảm sự mài mòn của lốp cần bố trí bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài một góc θ để dưới tác dụng của tải trọng ở cầu trước thì bánh xe dẫn hướng sẽ lăn trong mặt phẳng thẳng đứng. Nhưng không phải dưới tác dụng của tải trọng lên cầu trước lúc nào bánh dẫn hướng cũng lăn trong mặt phẳng thẳng đứng dọc xe, góc chụm quá lớn sẽ khiến cho bánh xe dẫn hướng lăn theo một cung tròn gây ra hiện tượng trượt ngang tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường. Để khắc phục hiện tượng này bằng cách chỉnh góc chụm người ta đặt một độ chụm cho bánh xe dẫn hướng, độ chụm được xác định bằng hiệu số khoảng cách giữa phía trươc và phía sau của bánh xe dẫn hướng. Trên ô tô ngày nay độ chụm thường trong khoảng 2 đến 8 mm.
2.3 Động lực học treo lái
Khi xe chạy trên đường mấp mô lực tác động quá mạnh từ mặt đường lên vô lăng sẽ ảnh hưởng đến động học và ổn định chuyển động thẳng của hệ thống lái. Lực tác dụng này lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộc vào phối hợp động học giữa hệ thống treo và hệ thống lái thông quá các góc đặt bánh xe.
2.3.1 Đối với hệ thống treo độc lập
Hình 2.10: Giá treo bánh xe điều khiển
Sự thay đổi vị trí của hệ thống treo bánh xe điều khiển thường được qui ước bởi vị trí thẳng đứng Zs của tâm bánh xe S và tọa độ s của khớp lái B so với khung xe bất động như trên hình. Dịch chuyển Zsr = Zs - Zso gọi là biến dạng hệ thống treo (có dấu dương khi bánh xe tiến lại gần thùng xe) và tọa độ s chúng ta đo được theo chiều dài ở cơ cấu lái kiểu thanh răng hoặc là theo góc trong trường hợp thanh lái chuyển động quay. Đôi khi chuyển động của hệ thống lái lại được biểu thi trực tiếp bằng góc quay của vô lăng φv. Các tọa độ nói trên đều có giá trị không ở vị trí cơ sở của hệ thống Zs = 0, s = 0, φ= 0). Vị trí cơ sở ở đây được hiểu là khi các bánh xe ở vị trí chuyển động thẳng và khoảng cách từ bánh xe tới khung xe ứng với tải trọng trung bình của xe.
Trước tiên chúng ta nghiên cứu giá treo độc lập của bánh xe điều khiển. Vị trí của nó có thể được mô tả bởi hàng loạt các thông số. Theo quan điểm ô tô thì quan trọng nhất là các điểm trong đó hệ chịu các lực tác dụng từ xe hay từ mặt đường, tiếp theo là cánh tay đòn của các lực (xác định mô men lái) và cuối cùng là các góc xác định vị trí của bánh xe đối với thùng xe. Các điểm điển hình là: tâm S của bánh xe ( xs , ys , zs ), điểm tiếp xúc lí thuyết E (xE , yE , zE) của bánh xe với mặt đường (điểm tiếp xúc của bánh xe lí tưởng đi qua mặt phẳng đối xứng của lốp xe không biến dạng với các bán kính động học rd và tĩnh học rs
không đổi.), điểm đặt lực P của lò xo, điểm T gắn bộ ổn định. Vị trí của chúng được xác định trong hệ tọa độ của xe (x,y,z).
Giá đỡ bánh xe nghiêng ra phía sau góc βn. Bánh xe được bố trí với góc nghiêng
ϑ và góc chụm ϰ.
Vị trí của ngõng trục được xác định bởi góc nghiêng trong mặt phẳng ngang δ, trong mặt phẳng dọc β và cánh tay đòn của ngỏng tới tâm bánh xe. Lò xo hệ thống treo có chiều dài xác định fF , biến dạng của bộ ổn định xác định từ vị trí các điểm TP và TL ứng với giá treo bên phải và bên trái.
Ở vị trí cơ sở thì Zs0 = 0, do đó vị trí cơ sở của các điển sẽ là góc nghiêng ϑ0, góc chụm ϰ0, giá đỡ bánh xe có góc βn0 = 0, ngõng trục có góc β0 , δ0 , lò xo có chiều dài fF0 cón bộ ổn định thì không dịch chuyển. Toàn bộ các thông số này chúng ta gọi là các thông số hình học cơ bản của hệ thống treo và lái.
Khi bánh xe bắt đầu dao động Zsr ≠ 0 thì hầu như tất cả vị trí của các điểm, giá trị của các góc, chiều dài lò xo và biến dạng của bộ ổn định đều thay đổi. Tiếp theo nhiệm vụ chủ yếu của chúng ta là quan tâm tới các dịch chuyển tương đối của các điểm so với vị trí cơ sở khi Zsr≠ 0, thí dụ như dịch chuyển về phía trước của tâm bánh xe x’
s = (xs – xs0), dịch chuyển bên của điểm E so với mặt đường y’
E = yE – yE0 , ló xo bị nén f ‘ = fF – fF0 , biến dạng của bộ ổn định vv và tất nhiên là giá trị của tất cả các góc β, βn , ϑ, ϰ, δ.
Các sự phụ thuộc xsr = f(zsr), xEr = f(zSr), yEr = f(zsr) …, ϑ = f( zsr)…, fF = f(zsr) được gọi là các đặc tính động học cơ bản của giá treo và lái.
a) b)
Hình 2.11: Giá treo phụ thuộc
Đối với giá treo phụ thuộc các đặc tính động học cũng được hiểu tương tự, nhưng cần phải chú ý rằng trong trường hợp này thì hàm của hai biến zspr ( phía phải) và zsLr (phía trái) có liên quan với nhau. Có 2 trường hợp điển hình là chuyển động với một bậc tự do (trường hợp 2 cho bởi các điều kiện khác) và do đó so với vị trí cơ bản thì:
Khi dịch chuyển (biến dạng HTT) song song thì zsLr = zsPr , hình 2.11.a Khi dịch chuyển đối diện thì zsLr = - zsPr , hình 2.11.b
Khi thay đổi tọa độ điểm S xác định vị trí khớp lái hay khi quay vô lăng góc φv
thường thì không làm thay đổi vị trí các thanh hoặc các tay đòn của giá treo nhưng ít nhất nó cũng luôn làm thay đổi vị trí điểm S, điểm E ( và cả tọa độ zsr , zEr ), đổi góc chụm và góc nghiêng bánh xe, thay đổi góc nghiêng dọc, ngang và tay đòn của ngõng trục bánh xe điều khiển. Sự phụ thuộc của tất cả các thông số nói trên vào các biến zsr và s, tức là xsr = f(zsr , s) hay xsr = f(zsr, φv) … được gọi là Đặc tính động học mở rộng của hệ thống treo và lái.
Đối với ô tô với một cầu điều khiển, khi quay vô lăng một góc φv thì các bánh xe bên phải và bên trái sẽ quay các góc khác nhau. Sự quay của bánh xe trong mặt phẳng mặt đường được kí hiệu φ sẽ được kí hiệu chỉ bằng chữ φi = φxyi . Sự phụ thuộc của góc quay bánh trái φL = [ f(φv – ϰ ] và bánh phải φp = [ f(φv) + ϰ] hoặc φL = f(φp) hoặc φ’
p = f(φ’
L) đối với zsLr = zspr đã cho được gọi là Đặc tính động học hệ thống lái.
Nếu chúng ta giả thiết rằng hệ thống treo và lái là xác lập về mặt động học thì nó sẽ tạo ra các phần tử cứng và tất cả các khớp động học sẽ không có độ hở. Với giả thiết đó thì mối quan hệ động học được xác định chỉ bởi chỉ một các quan hệ động học tương ứng.
chương này chúng ta chỉ phân tích hệ thống treo lái xác lập lí tưởng, tức là xác định các đặc tính động học khi biết sự bố trí hình học và động học của giá treo. Trong trường hợp gọi là tổng hợp cơ cấu giá treo và lái thì chúng ta bố trí hình học của hệ thống giá treo đối với sơ đồ động học đã cho và đặc tính động học yêu cầu.
2.4 Kết luận
Khi thay thế hệ thống treo ở cầu trước ngoài vấn đề êm dịu và lực động cần quan tâm đặc biệt đến hệ thống lái vì đó là cầu dẫn hướng, phải giúp cho hệ thống lái làm việc tốt hơn hoặc không bị xấu đi.Do đó, cần cảm bảo không ảnh hưởng và làm tốt hơn các yêu cầu của hệ thống lái về quay vòng bao gồm: + Động học quay vòng
+ Ổn định chuyển động thẳng thông qua các góc đặt bánh xe
+ Khống chế được lực từ mặt đường tác dụng lên vô lăng thông qua phối hợp động học treo lái.
CHƯƠNG 3
ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO ĐẾN CÁC YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI
Hình 3.1: Kết cấu động học của giá treo phụ thuộc
Theo quan điểm động học giá treo phụ thuộc như một cầu cứng cho phép 2 chuyển động cơ bản là:
Thay đổi khoảng cách theo phương thẳng đứng của điểm bất kỷ của cầu so với thùng xe, khi đó trục của cầu được duy trì gần như vuông góc với mặt phẳng đối xứng dọc của xe ( x,z).
Chuyển động xoay so với thùng xe trong mặt phẳng gần như song song với mặt phẳng ngang của xe (y,z).
Do dầm cầu kết nối 2 bánh xe của hệ thống treo phụ thuộc là dầm cầu liền được duy trì gần như vuông góc với mặt phẳng đối xứng dọc của xe (x,z) nên khi 1 bánh xe dẫn hướng bị dịch chuyển theo phương thẳng đứng do mấp mô sẽ làm bánh xe còn lại bị dịch chuyển theo khiến cho lực tác dụng từ mặt đường lên vô lăng sẽ tăng lên.
Khi 1 bánh xe bị dịch chuyển trong mặt phẳng ngang của xe (y,z) sẽ khiến cho bánh còn lại cũng bị dịch chuyển làm cho góc quay của bánh xe ngoài và bánh xe trong cũng bị ảnh hưởng.
3.2 Ảnh hưởng của hệ thống treo phụ thuộc đối với các yêu cầu của hệ