1-Trục vít. 2-Cung răng. 3- Trục lắc.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 26 Hình 1.12 Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn.
1-Trục vít. 2- Con lăn.
3- Đòn chuyển hƣớng của dẫn động lái.
Trục quay (liên kết với trục lái) của cơ cấu lái kiểu trục vít –con lăn có cấu tạo giống một trục vít vơ tận. Trên trục lắc của cơ cấu lái có một bộ phận gọi là con lăn. Con lăn giống một bánh xe có ren phía ngồi. Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít. Khi trục vít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của nó đồng thời chuyển động dịch chuyển dọc theo trục của trục vít. Kết quả của các chuyển động đó là chuyển động xoay của trục lắc. Cơ cấu lái kiểu trục vít -con lăn đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Ƣu điểm của cơ cấu lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ bền cao do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp số lái.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 27 Hình 1.13 Cơ cấu lái kiểu trục vít – địn quay.
1-Trục vít. 2-Đòn quay. 3-Chốt. 4-Trục lắc. 5-Đòn lắc chuyển hƣớng.
Cơ cấu lái kiểu trục vít-địn quay có trục quay của nó hoạt động tƣơng tự nhƣ một trục vít nhƣng có mặt cắt ngang giống một trục cam do các rãnh có độ sâu thay đổi theo chu vi, bởi vậy cơ cấu lái kiểu này còn gọi là kiểu cam đòn lắc.Trên trục lắc của hộp số lái có gắn chi tiết gọi là địn lắc, trên địn lắc có các chốt. Trục quay và trục lắc liên kết với nhau thông qua các chốt. Khi trục vít quay theo trục lái, các chốt sẽ trƣợt lên, xuống trong rãnh của trục vít và làm cho địn lắc xoay trái, phải.
Cơ cấu lái kiểu trục vít-địn quay cho phép dễ dàng thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu, nhƣng có hiệu suất thấp và các chốt của kiểu cơ cấu lái này thƣờng mòn nhanh. Kiểu cơ cấu lái này ngày càng ít đƣợc sử dụng trên các loại ôtô đời mới.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 28
Kiểu trục vít- êcu-bi.
Hình 1.14 Cơ cấu lái kiểu trục vít – ecu – bi 1 - Trục vít. 2 - Ecu. 1 - Trục vít. 2 - Ecu.
3 - Cung răng. 4 - Trục lắc.
5 - Bi. 6 - Đòn lắc chuyển hƣớng ( dẫn đông lái) Cơ cấu lái kiểu trục vít- ecu- bi có trục quay là một loại trục vít vơ tận, cịn trục lắc tƣơng tự nhƣ trục lắc của hộp số lái kiểu trục vít - cung răng, nhƣng cung răng không ăn khớp với trục vít mà nhận chuyển động từ trục vít thơng qua ecu và các viên bi. Ecu có các răng thẳng phía ngồi và các rãnh phía trong tƣơng ứng với các rãnh trên trục vít. Các viên bi nằm trong rãnh giữa ecu và trục vít và trong ống dẫn bao quanh ecu. Khi trục vít quay các viên bi trong rãnh giữa trục vít và ecu sẽ đẩy nhau và luân chuyển trong ống dẫn để quay trở lại rãnh, đồng thời làm cho ecu dịch chuyển dọc theo trục vít.
Thơng qua các răng của ecu và cung răng, chuyển động tĩnh tiến của ecu đƣợc biến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc.
Kiểu hộp số lái này có ma sát trƣợt giữa các chi tiết chuyển động đã đƣợc thay thế bằng ma sát lăn giữa các cặp trục vít - bi và bi - ecu nên có thể đảm bảo tỷ số truyền lớn và hiệu suất cao. Điều này rất có lợi cho hệ thống lái khơng có trợ lực.
1.2.5 Dẫn động lái.
Cơ cấu dẫn động lái có chức năng truyền chuyển động điều khiển từ hộp cơ cấu lái đến hai ngõng quay của hai bánh xe. Bảo đảm mối quan hệ cần thiết về góc quay của
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 29 các bánh xe dẫn hƣớng có động học đúng khi thực hiện quay vịng. Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng đƣợc đảm bảo bằng kết cấu của hình thang lái.
Hình 1.15 Một số cách bố trí của địn dẫn động lái.
Cơ cấu dẫn động lái bao gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết. Tuỳ theo cấu trúc khung gầm của từng xe ngƣời ta bố trí các loại cơ cấu dẫn động lái khác nhau.
Sau đây xin giới thiệu một số cơ cấu dẫn động lái thông dụng:
Các địn dẫn động lái phải có độ cứng thích hợp, trị số độ cứng này phải đƣợc xác định trong trong quá trình thiết kế hệ thống lái đảm bảo cho các địn khơng bị cong hay giãn trong q trình làm việc. Nếu các địn bị cong hay giãn trong quá trình làm việc sẽ làm thay đổi mối tƣơng quan về góc quay của các bánh xe dẫn hƣớng điều này làm tăng sự mòn lốp và làm giảm tuổi thọ của các chi tiết khác trong hệ thống lái.
Một số địn dẫn động lái có thêm cơ cấu cho phép thay đổi độ dài của đòn để phù hợp khi các chi tiết bị mịn trong q trình làm việc.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 30 c d i d
Hình 1.16 Kết cấu các đồn dẫn động, khớp liên kết dẫn động lái.
1.3 TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI. 1.3.1 Tỷ số truyền. 1.3.1 Tỷ số truyền.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic là tỷ số truyền giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng.
(1.3.1)
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mô men từ vành lái đến các bánh xe dẫn hƣớng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhƣng ngƣời lái phải quay vơ lăng nhiều hơn khi quay vịng.
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vịng quay của vơ lăng thì bánh xe phải quay đƣợc tối đa từ 350 đến 450 từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất đƣợc thể hiện trên giản đồ bên:
: góc quay bánh lái
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 31 Trong phạm vi góc quay /2 thì tỷ số truyền
của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo chính xác cao trong khi lái ô tô trên đƣờng thẳng với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật nhƣ thế sẽ giảm ảnh hƣởng của những va đập từ bánh dẫn hƣớng lên vành lái.
Khi /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị
thì ic hầu nhƣ khơng thay đổi. Ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hƣớng quay một góc lớn giúp khả năng quay vịng của ơ tơ rất tốt.
Tỷ số truyền dẫn động lái id.
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thƣớc và quan hệ của các cánh tay địn. Trong q trình bánh xe dẫn hƣớng quay vịng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id= 0,9÷1,2.
Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il.
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hƣớng và lực đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.
c l l p i p , c l c l M M p p c r (1.3.2) Trong đó:
MC- Mơ men cản quay vịng của bánh xe.
c- cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đƣờng trục đứng kéo dài. 180 360 540 720 180 360 540 720 5 10 15 20 25
Bảng1.3.1. Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 32 M1 - Mô men lái đặt trên vành lái.
R - bánh kính vành tay lái. Nhƣ vậy ta có: . c l l M r i c M (1.3.3)
Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là 200÷250mm và tỷ số truyền góc ig khơng vƣợt q 25 vì vậy il khơng đƣợc lớn q, il hiện nay chọn trong khoảng từ 10÷30.
1.3.2 Hiệu suất của hệ thống lái.
Hiệu suất thuận.
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống, hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao và thay đổi phù hợp với điều kiện hoạt động.
Hiệu suất nghịch.
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của ô tô sẽ không truyền đến bánh lái đƣợc vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Nhƣng không thể đƣa hiệu suất nghịch xuống thấp q vì khi đó bánh lái sẽ khơng tự trả lại đƣợc về vị trí ban đầu dƣới tác dụng của mô men ổ định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đƣờng tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đƣợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định.
1.4 CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC.
Hệ thống lái trợ lực thủy lực.
Hệ thống lái trợ lực điện.
Hệ thống lái trợ lực điện tử (phi tuyến tính PPS).
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 33
Hệ thống lái trợ lực thủy lực.
Hình 1.17 Hệ thống lái thủy lực. Các bộ phận chính của hệ thống lái thủy lực: Các bộ phận chính của hệ thống lái thủy lực:
- Bơm.
- Van điều khiển. - Xy lanh lực.
Hệ thống lái trợ lực điện tử (PPS).
Hình 1.18 Hệ thống lái điện tử.
PPS làm thay đổi lực vận hành vô lăng phù hợp với tốc độ xe. Ở tốc độ chậm lực đánh lái nhẹ hơn và ở tốc độ cao lực đánh lái nặng hơn.
Hệ thống lái trợ lực điện (EPS).
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 34 Trợ lực lái thủy lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thủy lực và tạo mô men trợ lực.
Nhƣng EPS sử dụng mô tơ không sử dụng công suất động cơ trong quá trình hoạt động cho nên việc tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm tốt hơn.
Có các kiểu trợ lực điện có mơ tơ nằm ở các vị trí khác nhau, ở đây mơ hình minh họa điển hình mơ tơ nằm trên trục lái.
Hình 1.19. Hệ thống lái trợ lực điện. 1 Hộp EPS. 1 Hộp EPS.
2 mô tơ DC.
3 cảm biến momen.
Trong giới hạn đề tài này nhóm chúng em sẽ giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện (EPS).
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 35
Chương II: GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI
TRỢ LỰC ĐIỆN
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
Với hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực truyền thống, sử dụng sức kéo từ động cơ đốt trong để dẫn động bơm thủy lực gặp phải những nhƣợc điểm chính là việc phụ thuộc vào số vịng quay của động cơ, mà số vịng quay động cơ thì liên tục thay đổi theo điều kiện vận hành. Điều đó gây trở ngại cho việc trợ lực lái ở các điều kiện di chuyển khác nhau của xe nhƣ:
- Khi ô tô ra vào chỗ đỗ, động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp, dẫn tới áp suất bơm thủy lực không đủ để trợ lực, làm gia tăng lực đánh lái của tài xế lên vô lăng.
- Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay thấp, việc gia tăng tải cho động cơ có thể gây chết máy.
- Khi ô tô hoạt động ở tốc độ cao, động cơ làm việc ở số vòng quay lớn dẫn tới bơm quay nhanh làm tăng áp suất thủy lực nên việc trợ lực lái tăng lên, điều này có thể gây mất cảm giác lái cho tài xế.
Các trở ngại trên đƣợc khắc phục trên một số ơtơ bằng cách bố trí thêm bộ điều áp với sự điều khiển của ECU theo các chƣơng trình đã đƣợc cài đặt trƣớc. Tuy nhiên, đây khơng phải là giải pháp hồn hảo vì vừa tạo nên một hệ thống lái cồng kềnh, lại vừa làm phức tạp cơ cấu lái.
Để khắc phục những trở ngại đó, năm 1988 hãng SUZUKI đã đƣa ra một hệ thống trợ lực lái kiểu mới trên xe Cervo Suzuki, hệ thống trợ lực lái đó đƣợc gọi là hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering).
Do có nhiều ƣu điểm, nên ngày nay hầu hết các hãng sản xuất ô tô nhƣ: Toyota, BMW, Huynda…điều lắp đặt hệ thống lái trợ lực điện trên những chiếc ơ tơ của mình.
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 36
2.2 ƢU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG.
Về kinh tế.
Hệ thống lái trợ lực điện giá thành rẻ hơn hệ thống lái Thủy lực.
Khối lƣợng của hệ thống lái trợ lực điện nhẹ hơn hệ thống lái thủy lực và đặc biệt là nó chỉ hoạt động, tiêu hao công suất khi việc lái xảy ra, lái nhiều thì nó họat động nhiều, lái ít thì nó họat động ít. Khơng nhƣ hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực bơm dầu làm việc liên tục kể từ thời điểm máy nổ và tiêu hao đáng kể một phần công suất động cơ, ở những xe con thông thƣờng mức tiết kiệm nhiên liệu do sử dụng hệ thông lái trợ lực điện giúp tiết kiệm khoảng 0,2 L/100 Km.
Về sửa chữa.
Bảo dƣỡng đơn giản hơn hệ thống lái Thủy lực vì:
Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điện chủ yếu nằm trên trục lái, chiếm ít chỗ và dễ kiểm tra hơn nhiều so với các bộ phận của hệ thống lái trợ lực bằng thủy lực. Đối với hệ thống trợ lực lái thủy lực việc tháo lắp bơm dầu và hệ thống phân phối dầu trợ lực là rất khó khăn do chúng nằm liền với cơ cấu lái ở các vị trí rất khó kiểm tra.
Về độ tin cậy.
Ƣu điểm lớn nhất của hệ thống lái trợ lực điện là đảm bảo trợ lực chính xác và nhẹ nhàng cho việc lái nhƣng không làm mất cảm giác lái cho tài xế.
2.3 VỊ TRÍ LẮP ĐẶT VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC BỘ PHẬN. 2.3.1 Vị trí lắp đặt các bộ phận. 2.3.1 Vị trí lắp đặt các bộ phận.
Vị trí lắp đặt có thể khác nhau phụ thuộc vào hãng sản xuất và các loại xe khác nhau, nhƣng cơ bản nó gồm các bộ phận sau:
Thiết Kế, Chế Tạo Mơ Hình Lái Trợ Lực Điện. Trang 37 Hình 2.1. Vị trí của các bộ phận.
1-EPS ECU. 2- Cảm biến mô men.
3- Động cơ điện D/C 4- Cơ cấu giảm tốc. 5- Bộ chấp hành ABS và ECU ABS 6- ECU động cơ.
7- Đèn báo EPS 8- Rờ le.
2.3.2. Chức năng các bộ phận.
Cụm chi tiết Chức năng
- Cảm biến
mô men
- Phát hiện sự xoay của thanh xoắn.
- Tính tốn momen tác dụng lên thanh xoắn nhờ vào sự thay đổi điện áp đặt trên nó.
- Đƣa tính hiệu điện áp đó về ECU EPS.
- Đ/c một chiều.
- Tạo ra trợ lực tùy thuộc vào tính hiệu từ
ECU EPS
- ECU EPS
- Vận hành động cơ điện D/C gắn trên trục lái