đồ án tốt nghiệp tính toán thiết kế hệ thống lái xe kia cerato 2010

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 4

1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống lái 5

1.1.1 Công dụng hệ thống lái 7

1.1.2 Yêu cầu 7

1.1.3 Phân loại hệ thống lái 8

1.2 Khái quát hệ thống lái có trợ lực 9

1.2.1 Vai trò của trợ lực lái 11

1.2.2 Phân loại trợ lực lái 13

1.2.3 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện 16

1.2.4 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện 17

1.2.5 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS 18

1.2.6 Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện 21

1.2.6 Giới thiệu xe tham khảo (Kia cerato) 29

1.2.7 Kết cấu các chi tiết của hệ thống lái trợ lực điện trên xe 32

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 37

2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 37

2.1.1 Lựa chọn phương án dẫn động lái 37

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái 38

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế trợ lực điện 43

2.2.1 Tính toán hệ thống lái 45

2.2.2 Tính toán kiểm tra động học hệ thống lái 45

2.2.3 Xây dựng đường cong lý thuyết 48

2.2.4 Xây dựng đường cong thực tế 50

2.2.5 Xác định momen cản quay vòng tại chỗ 54

2.3 Tính toán bộ truyền cơ cấu lái 54

2.3.1 Xác định bán kính vòng lăn của trục răng 54

2.3.4 Kiểm tra bền trục lái 61

2.3.5 Kiểm tra bền Rô-tuyn 62

2.3.6 Tính bền khớp cầu (Rotuyl) 64

2.4 Tính toán trợ lực điện 64

2.4.1 Xây dựng đặc tính cường hóa lái 66

2.4.2 Tính kiểm nghiệm motor điện trợ lực 66

2.5 Tính toán điều khiển motor điện 67

2.5.1 Điều khiển động cơ điện 68

2.8.3 Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái 70

CHƯƠNG III: CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 3.1 Hoạt động của hệ thống lái trên xe KIA CERATO 2010 72

3.2 Một số hư hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục 72

3.2.1 Nặng lái 73

3.2.2 Xe bị nhao lái 73

3.2.3 Khi quay lái sang trái và sang phải hiệu quả khác nhau 75

3.2.4 Khi chuyển động lực lái không thay đổi theo vận tốc hoặc vành lái không trả về vị trí trung gian 75

3.2.5 Không có độ rơ hay độ rơ quá lớn 76

3.3 Kiểm tra và chẩn đoán 76

3.3.1 Quy trình chẩn đoán chung 76

LỜI NÓI ĐẦU

Trên nền tảng đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và sự hội nhập của các ngành công nghiệp công nghiệp, kĩ thuật ô tô ở nước ta ngày càng chú trọng và phát triển Một số vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng như sử dụng bảo dưỡng trên xe ô tô

Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tô chuyển động xác định theo một hướng nào đó Một hệ thống lái hoàn thiện về kết cấu, điều khiển dễ dàng sẽ giúp ta điều khiển xe dễ dàng, thoải mái đảm bảo an toàn của xe trong quá trình vận hành khai thác Đồng thời nó còn nâng cao tính tiện nghi, hiện đại của xe

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kĩ thuật hiện

đại Em đã được giao nhiệm vụ “Tính toán thiết kế hệ thống lái ô tô trên xe KIA

CERATO 2010” Đề tài bao gồm 3 phần chính như sau:

- Chương I: Tổng quan hệ thống lái

- Chương II: Tính toán thiết kế hệ thống lái

- Chương III: Chẩn đoán, bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái

Sau khi được nhận đề tài này, được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của

thầy Thiều Sỹ Nam nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Tuy nhiên,

do trình độ và thời gian tìm hiểu còn nhiều hạn chế, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Tiêu Quyết Tiến

Chương I

TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI.

1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống lái.

Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải có kinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác điều khiển Mặt khác, để thuận tiện cho người vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ôtô phải đảm bảo tính năng an toàn cao Mà hệ thống lái là một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó Việc quay vòng hay chuyển hướng của ôtô khi gặp các chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống lái làm việc thật chuẩn xác.

1.1.1 Công dụng.

Hệ thống lái có công dụng duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô, giúp cho ô tô có thể giữ nguyên hướng chuyển động thẳng hoặc vòng sang trái, sang phải một cách dễ dàng thông qua vành lái (vô-lăng).

1.1.2 Yêu cầu.

- Đảm bảo khả năng quay vòng ngoặt và ổn định - Đảm bảo động học quay vòng tốt.

- Đảm bảo điều khiển chính xác, lực và hành trình điều khiển tỉ lệ với mức độ quay vòng của ô tô và nằm trong giới hạn cho phép.

- Đảm bảo bánh xe dẫn hướng có khả năng tự ổn định cao.

- Giảm được các va đập từ bánh xe dẫn hướng truyền lên vành tay lái.

- Bánh xe dẫn hướng phải có động học đúng theo yêu cầu của hệ thống lái và hệ thống treo.

1.1.3 Phân loại hệ thống lái ô tô.

a, Phân loại theo phương pháp quay vòng của bánh xe b, Phân lọai theo số lượng bánh xe dẫn hướng.

c, Phân loại theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái.

- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng - Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn.

- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít ê cu bi thanh răng bánh răng - Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay.

d, Phân loại theo kiểu dẫn động lái e, Phân loại theo vị trí bố trí vành tay lái.

g, Phân loại theo nguyên tắc hoạt động của bộ trợ lực

1.2 Khái quát chung hệ thống lái có trợ lực.1.2.1 Vai trò của trợ lực lái.

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường Kết quả là cần một lực lái lớn hơn Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái Tuy nhiên việc đó lại đòi hỏi phải quay vành lái nhiều hơn khi xe quay vòng dẫn đến không thể thực hiện được việc vòng ngoặt gấp.Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi vẫn chỉ cần lực lái nhỏ, cần phải có trợ lực lái.

Yêu cầu cơ bản đối với trợ lực lái:

- Đảm bảo tính tùy động

- Trợ lực lái phải có lực điều khiển trên vành tay lái đủ nhỏ để giảm cường độ lao động nhưng cũng đủ gây cảm giác điều khiển cho người lái.

- Khi hệ thống trợ lực lái hỏng thì hệ thống lái vẫn điều khiển được như hệ thống lái cơ khí thông thường;

- Kết cấu hệ thống trợ lực phải đơn giản, dễ chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa.

1.2.2 Phân loại trợ lực lái.

Các hệ thống lái có trợ lực được chia thành 2 nhóm chính: + Nhóm trợ lực thủy lực đơn thuần( HPS)

+ Nhóm trợ lực có điều khiển điện – điện tử

Trong phương pháp này van điện từ Solenoid được đặt tại vị trí cửa ra của bơm để mở 1 đường dầu đi tắt về đường hồi dầu Bộ điều khiển điện tử sẽ điều chỉnh van điện từ solenoid mở khi ôtô chạy ở tốc độ cao để giảm lưu lượng của bơm cấp đến van trợ lực và xilanh trợ lực Điều này làm tăng lực lái Bằng việc giảm độ cản của mạch giữa bơm và xilanh trợ lực, yêu cầu về trợ lực sẽ giảm

Dòng dầu thủy lực được đưa tới xilanh trợ lực sẽ giảm khi lái ở tốc độ cao và vậy đối với phương pháp này, lượng tỉ lệ phản hồi và lực phản lái sẽ cân bằng tại điểm cân bằng

Phương pháp điều khiển mạch tách qua xilanh trợ lực(Cylinder Bypass Control

Method):

Trong phương pháp này một van điện và một mạch rẽ sẽ được thiết lập hai khoang cửa xilanh trợ lực Thời gian mở van sẽ được kéo dài bởi bộ điều khiển điện tử cho phù hợp với việc tăng tốc độ ôtô Như vậy sẽ giảm được áp suất dầu trong xilanh trợ lực và tăng hiệu quả lái Giống như phương pháp điều khiển lưu lượng hệ thống này cũng đạt được điểm cân bằng giữa lượng phản hồi lái và lực phản lái.

Phương pháp điều khiển đặc tính van (Valve Characteristics Control Method):

Trong phương pháp này áp suất điều khiển bị giới hạn bởi cơ cấu van xoay tức là điều khiển lượng và áp suất của dầu cung cấp cho xi lanh trợ lực được chia thành phần thứ hai, phần thứ ba Còn phần thứ tư được điều khiển bởi tín hiệu Mô tơ điều khiển dòng dầu giữa phần thứ hai và phần thứ ba của van Hiệu quả lái được điều khiển bằng cách phát hiện ra những biến đổi điều khiển của phần thứ tư để biến đổi tỉ lệ trợ lực Do cấu trúc hệ thống đơn giản và dòng dầu được cung cấp hiệu quả từ bơm đến xilanh trợ lực, hệ thống này thể hiện lượng phản hồi tốt Khi dòng điện cấp cho van điện từ là 0,3A van sẽ mở hết cỡ và rất phù hợp với chạy xe tốc độ cao.

Phương pháp điều khiển phản lực dầu (Hydraulic Reaction Force Method):

Trong phương pháp này hiệu quả lái được điều khiển bởi cơ cấu phản lực dầu, nó được lắp trên van xoay( van trợ lực) Van điều khiển phản lực dầu làm tăng áp suất dầu cấp cho khoang phản lực phù hợp với tốc độ xe.

Phương pháp điều khiển bằng dòng điện và điện áp:

Với hệ thống HPS nguồn cung cấp năng lượng tách biệt hoàn toàn với hệ thống lái, HPS cần một nguồn năng lượng ( bơm thuỷ lực, xi lanh thủy lực, các van, các đường dầu) Để thiết kế HPS là cả một khối lượng công việc đáng kể, một phần ở đó là số lượng đáng kể các thiết bị mà hệ thống yêu cầu, điều đó có nghĩa là HPS không dễ dàng lắp đặt trên xe nhỏ gọn Hơn nữa nó tiêu thụ năng lượng ở tất cả các công việc của xe.

Với hệ thống điều khiển như thế HPS yêu cầu độ chính xác cao trong chế tạo, khi có sự cố về hệ thống trợ lực thì lực của người lái lớn hơn lực lái khi không thiết kế trợ lực do lực cản của chất lỏng trong hệ thống trợ lực Việc dùng dầu trợ lực cũng là một nhược điểm của nó Khi thay thế sữa chữa lượng dầu thải ra ảnh hưởng đến môi trường, đó là một trong những vấn đề được các nhà sản xuất ôtô trên thế giới quan tâm.

Hệ thống trợ lực lái EPS được tạo ra từ môtơ điện một chiều đặt trên hệ thống lái Hệ thống chỉ gồm 2 phần: trục lái với Mô tơ điện một chiều và một ECU, do đó hệ thống tương đối nhỏ gọn, lắp đặt dễ dàng khối lượng chủ yếu là Mô tơ điện, hoạt động có hiệu quả cao và đặc biệt chỉ tiêu thụ năng lượng khi hệ thống lái yêu cầu Với sự nhỏ gọn dùng nguồn năng lượng sạch năng lượng không lãng phí lái Như HPS bơm sẽ vẫn làm việc thậm chí khi hệ thống không đòi hỏi trợ lực, với EPS có thể đưa ra khả năng về cải tiến để tiết kiệm nhiên liệu cho ôtô.

1.2.3 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện

Do đòi hỏi tốc độ ngày một cao hơn, chất lượng tốt hơn và yêu cầu giảm năng lượng tiêu thụ ở phương tiện ngày một gia tăng Để đáp ứng cho các đòi hỏi này, việc nghiên cứu và phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điện điện tử nhằm mục đích nâng cao hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó Điểm đặc biệt đó gồm hai đề xuất là giới thiệu lôgíc toán học và hệ thống lái chuyên sâu phù hợp với môi trường xe chạy bằng cách thay đổi các trợ lực cho phù hợp với điều kiện giao thông hoặc điều kiện bề mặt đường để tạo cảm giác nhạy bén khi lái xe Vấn đề quan trọng nhất là khả năng phản ứng tức thời của trợ lực lái, gây cảm giác cho người lái làm họ phải chú ý đến sự biến đổi do phản lực lái gây ra Như vậy, hệ thống cung cấp cho người lái xe các thông tin cần lưu ý trong điều kiện vận hành của phương tiện, ví dụ: Sự biến đổi vận tốc và gia tốc, phản lực lái, không chỉ cải thiện mối quan hệ giữa người lái và phương tiện mà còn có thể tạo ra sự phù hợp giữa cảm giác của người lái và hệ thống lái, nhưng chức năng tự động bù khi phương tiện có những biến đổi không đồng đều mà nguyên nhân do sự xáo trộn gây ra cũng có thể được giải quyết.

tiếp từ mô tơ điện tới hệ thống lái Thiết bị này bao gồm có cảm biến tốc độ xe, một cảm biến lái (mômen, vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một môtơ Tín hiệu đầu ra từ mỗi cảm biến được đưa tới ECU có chức năng tính toán chế độ điều khiển lái để điều khiển hoạt động của môtơ trợ lực.

Các phần tử chính cua trợ lực lái điện gồm có: Mô tơ điện một chiều; Các cảm biến; Bộ điều khiển trung tâm (ECU); Hộp giảm tốc.

* Mô tơ:

Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:

- Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng.

- Mô tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra.

- Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc.

Do vậy Mô tơ điện có các đặc điểm: - Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản.

- Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển.

Yêu cầu đối với ECU gồm có:

- Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dòng điện mô tơ) Các chức năng này gồm có:

(1) Điều khiển được dòng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định

Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dòng điện cấp cho Mô tơ ) theo tốc độ xe và mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe (2) Điều khiển bù

Giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho Mô tơ tương ứng với sự biến động mô-men xoắn đầu vào

(3) Bù ma sát.

Khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp, trợ lực lái điện giúp cho vành tay lái trở lại vị trí chuyển động thẳng sau khi đã quay vòng bằng cách bù dòng điện mô tơ.

(4) Điều khiển tụ.

Khi ô tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lên vành lái ở vị trí đang quay vòng (ví dụ, trong khi chuyển làn đường) bằng cách bù dòng điện cấp cho mô tơ làm cho vành lái có thể dễ dàng trở về vị trí thẳng

(5) Tối đa dòng điện cấp cho mô tơ

Giới hạn dòng điện của mô tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU và mô tơ không bị hư hỏng do quá tải

- Đảm bảo độ tin cậy (Chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi).

Để đảm bảo độ tin cậy trong ECU sẽ có mạch tự chuẩn đoán và sửa lỗi) Nó sẽ theo dõi sự sai lệch của các phần tử trong hệ thống và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ điều khiển các chức năng EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng của sự sai lệch và cảnh báo cho người lái xe Ngoài ra, nó còn lưu trữ các vị trí các sai lệch trong ECU

- Đảm bảo tính đối thoại với các hệ thống khác (Chức năng truyền tin và kiểm tra hệ thống EPS).

* Các cảm biến:

Các cảm biến có nhiệm vụ cấp tín hiệu mô men lái, vận tốc chuyển động xe

biến này có hai loại chính là có tiếp điểm và không có tiếp điểm Ưu điểm của loại không tiếp điểm là : không bị mòn do lão hóa, từ trễ nhỏ, là ít bị ảnh hưởng bởi dịch chuyển dọc trục và lệch trục

Giảm tốc có nhiệm vụ tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái.

1.2.4 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện.

Trợ lực lái được điều khiển theo các bản đồ được lưu trũ sẵn trong bộ nhớ của ECU EPS ECU có thể lưu trũ 16 bản đồ, các bản đồ này được kích hoạt ở nhà máy phụ thuộc vào các yêu cầu cho trước (ví dụ trọng lượng của ô tô).

Hình 1.1.Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện

1- Dòng cấp mô tơ; 2- Tốc độ mô tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái; 6-Điều khiển dòng tối đa cho mô tơ; 7- 6-Điều khiển bù rung động; 8- 6-Điều khiểnphục hồi; 9- Điều khiển bù; 10- Điều khiển chính; 11- Dòng đích; Hạn chếdòng cấp áp tối đa ra mô tơ; 13- Điều khiển dòng cấp ra mô tơ; 14- Dòngcấp cho mô tơ

Ngoài ra các bản đồ náy cũng được kích hoạt bằng những công cụ quét ECU hoặc hệ thống lái sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế ECU hoặc hệ thống lái Với bất kì một cái xe đã cho thì cả hai bản đồ tương ứng với xe hạng nặng và hạng nhẹ được chon Mỗi bản đồ có 5 đặc tính khác nhau tương ứng với các vận tốc chuyển động của ô tô Các bản đồ này xác định vùng trợ lực lái có thể làm việc.

Hình 1.2.Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện

 Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước:

Bước 1 Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực để quay vô lăng.

Bước 2 Lực tác dụng lên vành lái sẽ làm cho thanh xoắn trong cơ cấu lái xoay Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn và gửi các lực lái đã được tính toán đên ECU

Bước 3 Cảm biến góc quay của vô lăng sẽ thông báo góc quay vành lái và tốc độ đánh tay lái hiện thời.

Bước 4 Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc quay vô lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong ECU, EPS ECU sẽ tính toán lực trợ lực cần thiết và gửi đến động cơ điện.

Bước 5 Trợ lực lái sẽ tác động lên cơ cấu lái một lực trợ lực song song với lực đặt lên vành lái.

Bước 6 Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấu lái để quay vòng xe.

1.2.5 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS

Tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc có 2 kiểu trợ lực điện: Kiểu thứ nhất, hộp giảm tốc đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành lái Kiểu thứ hai, hộp giảm tốc được tích hợp vào cơ cấu lái (trong trường hợp này cơ cấu lái thường là loại bánh răng – thanh răng và đặt trực tiếp trên thanh lái ngang).

Trong hệ thống trợ lực lái kiểu này được sử dụng trên xe Kia Cerato, Toyota Vioss , Honda Có một môtơ điện trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở trục lái chính ( trước đoạn các đăng trục lái) (Hình 1.3) Tại đây cũng bố trí cảm biến mômen lái Cạnh đó là bộ điều khiển điện tử của trợ lực lái điện (EPS ECU)

Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên dưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU.

Vì motor trợ lực đặt trước cơ cấu lái nên mô men lớn nhất của motor không cần phải lớn

Trên hình 1.4 là cấu tạo hộp giảm tốc.

Hình 1.3.Trợ lực lái điện với moto trợ lực trên trục lái

1- moto; 2- cảm biến mômen; 3- trục lái; 4- trục vít - bánh vít; 5- cơ cấu láitrục răng - thanh răng; 6- ly hợp điện từ

Hình 1.4.Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực lái kiểu 1

1-vòng bi; 2- trục vít; 3- vỏ trục lái; 4- khớp nối; 5- roto; 6-stator; 7- trục môtơ; 8- trục lái chính; 9- bánh vít

Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống thể hiện trên hình 1.5.

Hệ thống được điều khiển theo sơ đồ tổng quát hình 1.5 trên đó có thể nhận thấy các tín hiệu đầu vào của EPS ECU gồm 4 nhóm tín hiệu chính:

Hình 1.5 Sơ đồ trợ lực lái kiểu 1

Tín hiệu cảm biến mô men số 1;B- Tín hiệu cảm biến mô men số2; 1-Giắc nối đa năng số 1; 2- 1-Giắc nối đa năng số 2; 3- Táp lô; 4-ABS+TRC ECU; 5- Cảm biến tốc độ ô tô; 6- ECU Mô tơ ; 7- Cảm biếnvị trí trục khuỷu; 8- Đèn báo; 9- Mô tơ trợ lực;10- EPS ECU; 11- Giắckết nối dữ liệu số 1; 12- Giắc kết nối dữ liệu số 2

1- Nhóm tín hiệu (2 hoặc 4 tín hiệu) từ cảm biến mômen lái

2- Tín hiệu vận tốc chuyển động ô tô có thể gửi trực tiếp về EPS ECU hoặc thông qua ECU truyền lực và mạng điều khiển vùng ( CAN – Controller Area Network) và các giắc nối truyền tới EPS ECU.

3- Tín hiệu tốc độ mô tơ ( xung biểu diễn số vòng quay trục khuỷu ne từ cảm biến trục khuỷu) thông qua ECU động cơ và mạng CAN truyền tới EPS ECU.

4- Nhóm dữ liệu cài đặt và tra cứu thông qua giắc kết nối dữ liệu DLC3 (Data Link Connector) để truy nhập các thông tin cài đặt và tra cứu thông tin làm việc của hệ thống và báo lỗi hệ thống.

Hình 1.6.Bố trí các cụm và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S1- Đèn báo; 2-EPS ECU; 3- ECU Mô tơ ; 4- Bảng táp lô;5- Trụclái(cảm biến mô men, Mô tơ điện 1 chiều,cơ cấu giảm tốc);6- ECUđiều khiển trượt

Những sự cố trong quá trình vận hành hệ thống được ghi lại trong bộ nhớ của EPS ECU và cảnh báo bằng đèn P/S trên Bảng táp lô 4 ( Hình 1.6).

 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2

Kiểu này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực:

Thứ nhất là loại môtơ chế tạo rời lắp với trục bánh răng của cơ cấu lái ( hình 1.7) sử dụng trên xe Toyota Lexus,

Hình 1.7.Môtơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái

1- Khớp cầu; 2- Chụp cao su; 3- Thanh lái; 4- Mô tơ; 5- Giắc

Thứ hai là loại môtơ được chế tạo liền khối với cơ cấu lái Loại này sử dụng trên xe BMW, Audi, Trong trợ lực lái loại này mô tơ trợ lực được chế tạo liền với cơ cấu lái và là một bộ phận cấu thành của cơ cấu lái ( Hình 1.8) Phương án này rất gọn, tuy nhiên giá thành hệ thống cao Phương án này đang được áp dụng cho dòng xe Lexus đời 2006.

Hình 1.8.Sơ đồ trợ lực lái điện trên cơ cấu lái

1- Cảm biến mô men; 2- Vành tay lái; 3- Cảm biến góc quay; 4- Mô tơtrợ lực; 5- Tăng điện thế.

Cấu tạo mô tơ thể hiện ở hình 1.9 Phần kéo dài của thanh răng 13 được chế tạo dưới dạng trục vít và trục vít này ăn khớp với đai ốc 7 liên kết cứng với rôto 10 của mô tơ trợ lực lái thông qua các viên bi tuần hoàn 9.

1-Cảm biến mô men; 2- Stator; 3- Cuộn dây; 4- Bi cầu; 5- Giắc điện; 6- Gioăng làm kín; 7- Đai ốc; 8-Chốt ; 9- Bi cầu; 10- Rô to; 11- Nam châm; 12- Vỏ thanh răng; 13- Thanh răng của cơcấu lái; 14- Vòng bi

Cảm biến mô men là loại không tiếp điểm được bố trí trên trục lái, cấu tạo của nó thể hiện trên hình 1.10

Để điều khiển chế độ trợ lực ( Điều khiển mô tơ trợ lực) cảm biến mô men lái gửi tín hiệu giá trị mômen về EPS ECU EPS ECU sẽ tính toán chế độ trợ lực theo chương trình đã được cài đặt sẵn và điều khiển mô tơ trợ lực bằng chuỗi xung để tạo ra các mức điện áp khác nhau tùy theo việc cần trợ lực mạnh hay yếu.

Trong hệ thống điều khiển này để tăng độ nhạy chấp hành và giảm kích thước, trọng lượng mô tơ điều khiển EPS ECU có thêm mạch tăng thế, nâng điện áp điều khiển lên gấp đôi (24V), cụm 5 trên hình 1.8

Hình 1.10 Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay1- Trục bánh răng của cơ cấu lái; 2- Thanh xoắn; 3- Trục vào; 4-Thanh răng; 5- Cuộn phân tích 1; 6- Cuộn phân tích 2.

Các tín hiệu từ động cơ, hệ thống phanh thông qua mạng CAN gửi về EPS ECU, còn các tín hiệu từ các cảm biến khác được gửi trực tiếp về EPS ECU EPS ECU sẽ tính toán và đưa ra lệnh điều khiển mô tơ lực, trong đó tín hiệu của cảm biến mômen đóng vai trò quan trọng nhất.

1.2.6 Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện

Trong trợ lực lái điện, có một phần tử rất quan trọng không thể thiếu đó là các cảm biến Các cảm biến này có nhiệm vụ truyền thông tin đến ECU để ECU sử lý thông tin và quyết định vòng quay của môtơ trợ lực.

Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện – điện tử gồm: Cảm biến mômen lái, cảm biến tốc độ đánh lái ( tốc độ quay vành lái ), cảm biến tốc độ ôtô.

 Cảm biến tốc độ đánh lái có 2 loại:

a Loại máy phát điện( Hình 1.11):

Được dẫn động từ trục lái thông qua các cặp bánh răng tăng tốc làm tăng tốc độ quay và phát ra điện áp 1 chiều tuyến tính tỉ lệ với tốc độ quay của trục lái Tín hiệu của máy phát phát ra được hiệu chỉnh và khuyếch đại thông qua 1 bộ khuyếch đại.

Hình 1.11 Cấu tạo và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái1- Trục răng; 2- Biến thế vi sai; 3- Mạch giao diện; 4- Trục vào; 5-Thanh xoắn; 6- Bánh răng trung gian; 7- Mô tơ; 8- Cơ cấu cam; 9- Lõithép trượt; 10- Cánh

b Loại cảm biến tốc độ đánh lái loại hiệu ứng Hall (Hình 1.12):

Có cấu tạo đơn giản hơn, dễ lắp đặt và đặc tính ra là dạng xung số Vì vậy các xe ngày nay thường sử dụng loại cảm biến này.

Cấu tạo của cảm biến gồm 1 rôto nam châm nhiều cực gắn với trục lái Một IC Hall được đặt đối diện với vành nam châm ( Cách 1 khe hở nhỏ: 0,2 ÷ 0,4 mm) Cảm biến được cấp nguồn điện 12v một chiều Khi đánh tay lái, vành nam châm sẽ

Hình 1.12 Cảm biến tốc độ đánh lái ( góc đánh lái) loại Halla- Cấu tạo; b- Xung của cảm biến

1- Vỏ; 2- Rô to nam châm; 3- Ổ bi; 4- IC Hall;5- Giắc điện; 6- Nhựa từ tính

 Cảm biến mômen lái có 3 loại:

a Loại lõi thép trượt ( Hình 1.13):

Gồm 1 lõi thép được lắp lỏng trượt trên trục lái, trên đó có 1 rãnh chéo, rãnh này sẽ được lắp với 1 chốt trên trục lái Phía ngoài lõi thép là 3 cuộn dây quấn: 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp được cấp 1 nguồn điện xoay chiều tần số cao Tùy thuộc vào vị trí của lõi thép mà suất điện động cảm ứng ra trong hai cuộn dây thứ cấp khác nhau Tín hiệu của 2 cuộn thứ cấp được chỉnh lưu và đưa về mạch so sánh để biến đổi thành điện áp tuyến tính tỉ lệ với góc xoắn của 1 thanh xoắn đặt giữa trục lái và cơ cấu lái ( Như trong van trợ lực thủy lực loại van xoay) Ba trạng thái của rãnh chéo và chốt và lõi thép tương ứng với các trường hợp quay vòng phải, vị trí trung gian và quay vòng trái cũng được thể hiện trên hình 1.13.

Hình 1.13 Sơ đồ đặc tính và các vị trí làm việc của cảm biến mômen láiloại lõi thép trượt

1- Lái phải; 2- Trung gian; 3- Lái trái; 4- Cuộn sơ cấp;5,7- Cuộn thứcấp;

6- Lõi thép trượt;

b Loại lõi thép xoay ( hình 1.14):

Gồm trục vào ( gắn với phần trên trục lái), trục ra ( gắn với phần nối tiếp của trục lái tới cơ cấu lái), giữa trục vào và trục ra được liên kết bằng 1 thanh xoắn Trên trục vào lắp 1 vành cảm ứng số 1 có các rãnh để cài với các răng của vành cảm ứng số 2 Còn vành cảm ứng số 3 cũng có các răng và rãnh được lắp trên trục ra Phía ngoài các vòng cảm ứng là các cuộn dây được chia ra các cuộn dây cảm ứng và cuộn dây bù Sơ đồ nguyên lý của cảm biến và đặc tính được trình bày trên hình 1.22.

Hình 1.14 Vị trí lắp, cấu trúc và đặc tính của cảm biến mômen lái loạilõi thép xoay

1- Cảm biến mô men; 2- Trục lái chính; 3- Bộ giảm tốc; 4- Vô lăng; 5-Vành phát hiện 1; 6- Trục sơ cấp;7- Cuộn dây bù;8-5-Vành cảm ứng 1;

9- Vành cảm ứng 3; 10- Trục thứ cấp; 11- Từ trục lái; 12- Từ cơ cấulái; 13-Vành cảm ứng 2

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.

c Loại 4 vành dây (Hình 1.15)

Hình 1.15 Cấu tạo cảm biến mômen lái loại 4 vành dây1-Vành 2; 2-Thanh xoắn; 3- Vành 1; 4- Trục vào;5- Vành 1(phầnStator); 6- Vành 2(Stator);7- Trục ra

Cảm biến gồm 2 phần:

- Phần stato có 2 vành dây, các dây được cuốn trên các răng thép định hình - Phần rôto có 2 vành dây: 1 vành được gắn với trục răng, phần thứ 2 được gắn

với cácđăng trục lái Giữa vành thứ nhất và thứ hai có thể xoay lệch nhau 1 góc bằng góc xoắn của thanh xoắn ( Khoảng 7 độ 58 phút)

Sơ đồ bố trí các cuộn dây và xung của cảm biến được trình bày trên hình 1.16

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến mômen lái loại 4 vànhdây.

- Loại từ điện- Loại quang điện

- Loại mạch từ trở MRE

a Loại công tắc lưỡi gà (Hình 1.17):

Gồm 1 tiếp điểm lá đặt trong một ống thủy tinh nhỏ và đặt cạnh một mâm nam châm quay Mâm nam châm được dẫn động bởi dây côngtơmét

Khi ô tô chuyển động, thông qua bánh vít- trục vít ở trục thứ cấp hộp số làm cho dây côngtơmét quay và làm quay mâm nam châm Từ trường của nam châm làm cho công tắc lưỡi gà đóng, mở theo nhịp quay của mâm nam châm và tạo ra chuỗi xung vuông Cảm biến này thường được lắp ngay sau công tơ mét ( đồng hồ tốc độ ôtô) ở bảng táplô.

Hình 1.17 Cảm biến loại công tắc lưỡi gà1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Nam châm; 3- Công tắc lưỡi gà

b Loại từ - điện (Hình 1.18):

Hình 1.18 Hình 1.26 Cảm biến loại từ điện1- Rô to; 2- Cảm biến tốc độ; 3- Trục thứ cấp

Gồm 1 cánh phát xung được lắp ở trục thứ cấp hộp số và 1 cuộn phát xung với

khe hở 0,5 ÷ 1,0 mm Mỗi lần cánh phát xung lướt qua đầu cuộn phát xung thì ở cuộn dây sẽ cảm ứng ra 1 cặp.

c Loại quang điện ( Hình 1.19):

Được lắp ngay sau đồng hồ côngtơmét Nó gồm 1 cánh xẻ rãnh được dẫn động quay từ dây côngtơmét Cánh xẻ rãnh quay giữa khe của đèn LED và phototransittor ( Tranzito quang) Tốc độ quay của cánh sẻ rãnh tỉ lệ với tốc độ ô tô và lần lượt che và thông luồng ánh sáng từ đèn LED sang tranzito quang để tạo nên chuỗi xung vuông 0V– 5V tỷ lệ với tốc độ quay của trục thứ cấp hộp số phản ảnh tốc độ ôtô.

Hình 1.19 Cảm biến loại quang điện

1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Tranzito; 3- Cặp quang điện; 4-Bánh xe có khía rãnh

d Loại mạch từ trở MRE (Hình 1.20):

Cảm biến được lắp ở trục thứ cấp hộp số Cảm biến gồm 1 vòng nam châm nạp nhiều cực lắp trên trục của cảm biến Khi vòng nam châm quay, từ trường sẽ tác động lên mạch từ trở MRE và tạo ra các xung xoay chiều tại 2 đầu mút 2 và 4 của mạch MRE Các xung đưa tới bộ so và điều khiển tranzito để tạo xung 0v – 12v ở đầu ra của cảm biến Tần số xung tỉ lệ với tốc độ ôtô.

Hình 1.20 Cảm biến tốc độ ôtô loại MRE

1- Trục thứ cấp của hộp số; 2- Bánh răng bị động; 3- Cảm biến tốc độ;4- HIC có gắn MRE bên trong; 5- Các vòng từ tính

Tín hiệu ra của cảm biến được đưa tới đồng hồ côngtơmét để báo tốc độ ôtô và đưa tới các ECU như PS ECU, ECT ECU để điều khiển các cơ cấu chấp hành ( ví dụ van điện từ trong hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử hoặc mô tơ trợ lực lái).

1.2.7 Giới thiệu xe tham khảo (Kia cerato)

Hình 2.1 Xe Kia cerato

Kia cerato/ K3 thế hệ mới là một mẫu sedan du lịch khá ăn khách ở Việt Nam Xe có diện mạo trẻ trung ,tiện nghi hấp dẫn cùng giá bán phải chăng,Cerato luôn trong TOP 10 xe bán chạy nhất tháng

Kia Cerato có 3 tùy chọn phiên bản động cơ khác nhau Trong đó, bản động cơ xăng Gamma 1.6L , 4 xi-lanh thẳng hàng có khả năng sản sinh công suất 128 mã lực, mô-men xoắn cực đại 157 Nm Sức mạnh này giúp xe có khả năng tăng tốc từ 0 lên 100 km/h trong 10,4 giây trước khi đạt tốc độ tối đa 202 km/h Tùy chọn hộp số tự động 6 cấp có thể giúp xe tăng tốc từ 0-100 km/h trong khoảng 10,5 giây và có tốc độ tối đa 195 km/h.

Ngọai hình:

Kia cerato sở hữu dáng vẻ năng động và thể thao: thấp ở đầu xe, đuôi xe khá cao và vuông vứt Điểm chú ý ở đầu xe là lưới tản nhiệt bằng crom cách điệu sáng bóng với cụm đèn hậu ngũ giác là mắt ở đuôi xe.

Nội thất:

Nội thất được thiết kế lại hoàn toàn với những đường nét tròn trịa, mượt mà tạo vẻ đơn giản và lịch sự Bảng điều khiển trung tâm được Kia thiết kế hoàn toàn mới so với thế hệ trước.

Ghế xe được bọc da với 4 tùy chọn khác nhau về màu sắc Hàng ghế trước chỉnh điện tích hợp chức năng sưởi ấm và thông gió, hàng ghế phía sau xe có thể trượt theo kiểu 2/1-1/3 tạo ra không gian khá rộng rãi cho hành khách Không gian để chân và không gian phía trên đầu cũng tương đối thoải mái Vô-lăng được thiết kế mới có các phím bấm tích hợp có chức năng sưởi, điều hòa độc lập 2 vùng

lạnh xe được trang bị hệ thống âm thanh với đầu đọc 6 đĩa kèm màn hình của Infiniti kết hợp với hệ thống loa JBL Giống các mẫu trước, phiên bản này được trang bị của sổ trời panorama với 2 chế độ đóng mở tự động Gương chiếu hậu bên trong tự mở là trang bị chuẩn Bên cạnh đó còn được trang bị thêm camera toàn cảnh hiển thị thông tin trên màn hình trung tâm xe.

Động cơ:

Kia Cerato có 3 tùy chọn phiên bản động cơ khác nhau Trong đó, bản động cơ xăng Gamma 1.6L , 4 xi-lanh thẳng hàng có khả năng sản sinh công suất 128 mã lực, mô-men xoắn cực đại 157 Nm Sức mạnh này giúp xe có khả năng tăng tốc từ 0 lên 100 km/h trong 10,4 giây trước khi đạt tốc độ tối đa 202 km/h Tùy chọn hộp số tự động 6 cấp có thể giúp xe tăng tốc từ 0-100 km/h trong khoảng 10,5 giây và có tốc độ tối đa 195 km/h.

Tính năng an toàn:

Thông số kỹ thuật xe Kia cerato 2010

Dài x Rộng x Cao tổng thể (mm) 4.350 x 1.775 x 1.460

Chiều rộng cơ sở (trước/ sau) (mm) 1.557 / 1.564 Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 5,3

Trọng lượng toàn tải (kg) 1.680 Tải trọng đặt lên cầu cầu trước /cầu

1.2.8 Kết cấu các chi tiết của hệ thống lái trợ lực điện trên xe.

Hình 2.2 Bố trí hệ thống lái xe Kia Cerato

a) Vô-lăng (Bánh lái – Steering wheel).

Hình 2.2 Vô lăng lái

+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái.

+ Cấu tạo: vành tay lái ô tô có dạng hình tròn, có nan hoa được bố trí xung quanh vành trong của vành tay lái

Vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận khác của ô tô như: nút điều khiển còi, túi khí an toàn

Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủ neoprene, được xếp lại và đặt trong phần giữa của vành tay lái Khi xe đâm thẳng vào một xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnh khắc để hình thành một chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái Túi khí an toàn chỉ được sử dụng một lần Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới

b) Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái.

1- Đầu trục nối với vô lăng; 2- Vòng chặn; 3- Ổ bi; 4- Trục trượt; 5- Ống trượt trục; 6- Tấm hãm; 7- Vòng bi; 8- Trục chính; 9- Giá đỡ trên trục; 10- Khớp các đăng;11- Trục các đăng; 12- Vòng chặn; 13- Bu lông hãm; 14- Cần khoá

Trục lái là thành tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ

đèn, cần điều khiển gạt nước, cần điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện,

c) Kết cấu cụm trợ lực điện.

Hình 2.4 Kết cấu cụm trợ lực điện.

Motor EPS nhận dòng điện trực tiếp qua sự điều tiết của ECU làm quay roto bên trong, trục rôt sẽ ăn khớp với bộ giảm tốc để tăng momen và giảm vòng quay Bộ giảm tốc sẽ truyền chuyển động cho trục vít để làm trợ lực cho trục lái.

Để đảm bảo được công suất trợ lực cần thiết trên bộ trợ lực điện sử dụng loại động cơ điện một chiều, nó bao gồm rôto, stato, trục chính và cơ cấu giảm tốc Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít, mô men do rôto động cơ điện tạo ra được truyền tới cơ cấu giảm tốc sau đó được truyền tới trục lái chính Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn và tăng tuổi thọ làm việc, khớp nối đảm bảo cho việc nếu động cơ bị hư hỏng thì trục lái chính và cơ cấu giảm tốc không bị khóa cứng lại và hệ thống lái vẫn có thể hoạt động được

d) Thước lái (Steering gears).

Biến đổi momen xoắn từ vô-lăng thành chuyển động tịnh tiến sang trái hoặc phải, thông qua các khớp lái để làm bánh xe chuyển hướng.

Hình 2.6 Thước lái

e, Rotuyn lái.

Gồm có rotuyn lái trong và lái ngoài.

Hình 2.7 Rotuyn lái. Nguyên lý hoạt động

- Lực cản quay vòng nhỏ (chưa có trợ lực) : với lực tác động lên trục lái nhỏ hơn 12N thì hệ thống làm việc như hệ thống cơ khí đơn thuần không có trợ lực.

- Lực cản quay vòng lớn (có trợ lực) : Khi lực tác dụng lên vành lái lớn hơn 20 N (hoặc mô mem cản lớn hơn 50 Nm) thì ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảm biến tốc độ xe,sau đó tính toán rồi điều khiển mô tơ trợ lực phù hợp thông qua bộ truyền lực trục vít - bánh vít,mô tơ trợ lực tối đa khi lực trên vành lái đạt 60 N.

- Khi lực cản quay vòng không đổi : Mô men tác dụng lên trục lái 1 không thay đổi vì vậy ở trạng thái này cảm biến mô men xác định không có mô men tác động và gửi tín hiệu về ECU, ECU điều khiển mô tơ không trợ lực vào trục 2 - Trạng thái quay vòng: Khi người điều khiển đánh lái sang trái hoặc sang

phải , cảm biến mô men xác định chiều quay và mô men trên trục lái, ECU điều khiển mô tơ trợ lực phù hợp theo chiều quay của vành lái.

- Nguyên lý chép hình : Khi quay vành lái, tính hiệu đưa ra của cảm biến theo mô men đánh lái là ở dạng tuyến tính, sau đó ECU tính toán để điều khiển mô tơ trợ lực cho phù hợp, khi ta giữ nguyên vành lái tại vị trí nhất định và không quay thêm nữa, cảm biến mô men xác dịnh được trạng thái này, vì vậy ECU điều khiển cho mô tơ điện dừng tại thời điểm đó Khi ta tiếp tục đánh lái, tín hiệu từ cảm biến mô men giúp ECU xác định được mô men cần trợ lực, từ đó

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.2.1.1 Lựa chọn phương án dẫn động lái.

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới dẫn động lái 18 khâu Hiện nay người ta chỉ đáp ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo lên hình thang lái.

a, Dẫn động lái bốn khâu (Hình thang đan tô)

Hình 2.8 Hình thang lái Đantô

Hình thang lái bốn khâu đơn giản, dễ chế tạo, đảm bảo động học quay vòng bánh xe Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng).

b, Dẫn động lái sáu khâu.

Dẫn động lái sáu khâu được lắp hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độc lập, lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc,bố trí cường hóa lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái.

=> Chọn dẫn động lái sáu khâu.

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái.a) Kiểu trục vít con lăn.

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

Hình 2.10 – Cơ cấu lái trục vít – con lăn

Ưu điểm:

- Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.

- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn.

- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đường trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theo

z1 - số đường ren của truc vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng

5  7% nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít con lăn là không thay đổi Hiệu suất thuận th = 0.65, hiệu suất nghịch, ng = 0.5.

b) Kiểu trục vít – chốt quay.

Cơ cấu lái loại này gồm hai loại: - Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay - Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi Nếu bước của trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7 Cơ cấu lái này được dùng trước hết ở hệ thống lái không có cường hoá nó được dùng chủ yếu cho ôtô tải và ôtô khách

Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mòn kém

Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.

c) Kiểu truc vít – cung răng.

Hình 2.12- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

1 Vỏ cơ cấu lái 2 ổ bi dưới 3.Trục vít 4 Êcu bi 5 Ổ bi trên6 Phớt 7 Đai ốc điều chỉnh 8 Đai ôc hãm 9 Bánh răng rẻ quạt 10.Bi

Cấu tạo :

Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh và truyền lực Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làm quay răng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn hướng.

Cơ cấu lái kiểu trục vít-êcu bi –cung răng có những ưu điểm sau: Do lực cản nhỏ, do ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt rất nhỏ (do có ma sát lăn).

+ Tỷ số truyền :

Ta có thể giảm nhẹ lực đánh lái khi xe chạy chậm hoặc đang đỗ bằng cách thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái.Tuy nhiên khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì làm giảm độ nhạy của cơ hệ thống lái Trên các xe có trợ lực lái ta dùng cơ cấu lái có tỷ số truyền không thay đổi được.

Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính ăn khớp của các răng rẻ quạt C1,C2,C3 là bằng nhau và các bán kính ăn khớp D1 ,D2,D3 của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau Do vậy tỷ số truyền của mỗi răng là không đổi ở bất kỳ góc quay nào của trục răng rẻ quạt

d, Kiểu bánh răng thanh răng.

Cơ cấu lái kiểu bánh răng -thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi.Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh còn

Hình 2.13: Sơ đồ cơ cấu lái thanh răng bánh răng

1: Trục lái, 2: Chụp nhựa, 3: Đai ốc điều chỉnh, 4: Ổ bi trên, 5: Vỏ cơ cấu lái6: Dẫn hướng thanh răng, 7: Đai ốc, 8: Đai ốc điều chỉnh, 9: Lò xo

10: Thanh răng, 11: trục trăng, 12: Ổ bi dưới

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.

Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau:

- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác + Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ

+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng Yêu cầu cơ cấu lái:

- Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.

- Có hiệu suất cao để lái nhẹ, hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường lên được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái.

Thay đổi tỉ số truyền khi cần thiết.

- Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.

- Kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp, tuổi thọ cao.

- Chiếm ít không gian để dễ tháo lắp.

==> Bởi vậy, ta chọn cơ cấu lái kiểu trục răng – thanh răng.

2.1.3 Lựa chọn phương án thiết kế trợ lực điện.

a, Motor trợ lực cho bánh răng chủ động (pinion-type).

Hình 2.14 - Sơ đồ bố trí trợ lực kiểu pinion-type

b) Motor trợ lực vào thanh răng (rack-type).