Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Lời mở đầu Trong vài thập kỷ gần đây, nền công nghiệp ôtô đã có những bước phát triển lớn lao. Chẳng hạn hệ thống điều khiển động cơ đã áp dụng công nghệ GDI (gas oline direct injection ) nhằm làm giảm tối đa tiêu hao nhiên liệu. Phần gầm của ôtô ngày nay được trang bị một số hệ thống như: hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS) hay hệ thống chống trượt (ARS), hộp số tự động nhiều cấp… Do đó, hệ thống lái cũng được cải tiến nhằm làm cho chiếc ô tô ngày càng hoàn thiện hơn. Do có nhiều cải tiến để đáp ứng yêu cầu của khách hàng và độ an toàn nên hệ thống lái trên ô tô ngày càng phức tạp. vì vậy, đề tài “Phân tích hệ thống lái trên ô tô” có ý nghĩa quan trọng trong việc hướng dẫn các sinh viên tìm hiểu về nguyên lý để từ đó làm cơ sở để tìm ra các hư hỏng để sửa chữa. Trong quá trình thực hiện đề tài này do thời gian và kiến thức có hạn nên còn có nhiều hạn chế và thiếu sót. Em rất mong được sự đóng ý kiến của thầy và các bạn để nội dung đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy. Hệ thống lái trên ô tô I. chức năng, yêu cầu, Phân loại Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 1 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên a) Chức năng. Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Nó có tác dụng là dùng để thay đổi hướng chuyển động nhờ quay các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ hướng chuyển động thẳng hoặc cong của ôtô khi cần thiết. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó hệ thống lái không ngừng được hoàn thiện. b) Yêu cầu. Tính linh hoạt tốt: Khi xe quay vòng trên đường gấp khúc và hẹp thì hệ thống lái phải xoay được bánh trước chắc chắn, dễ dàng và êm. Lực lái thích hợp: Để lái dễ dàng hơn và thuận lợi trên đường đi thì nên chế tạo hệ thống lái nhẹ hơn ở tốc độ thấp và nặng hơn ở các tốc độ cao. Phục hồi vị trí êm: Trong khi xe đổi hướng, lái xe phải giữ vô lăng chắc chắn. Sau khi đổi hướng, sự phục hồi – nghĩa là quay bánh xe trở lại vị trí chạy thẳng – phải diễn ra êm khi lái xe thôi tác động lực lên vô lăng. Giảm thiểu truyền các chấn động từ mặt đường lên vô lăng: Không để mất vô lăng hoặc truyền ngược chấn động khi xe chạy trên đường gồ ghề. c) Phân loại.  Theo phương pháp chuyển hướng:  Chuyển hướng hai bánh xe trên cầu trước.  Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WD).  Theo đặc điểm truyền lực.  Hệ thống lái cơ khí.  Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thủy lực.  Theo kết cấu của cơ cấu lái.  Cơ cấu lái kiểu bánh răng, thanh răng.  Cơ cấu lái kiểu trục vít lõm, con lăn.  Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi, thanh răng, bánh răng.  Theo cách bố trí vành tay lái. Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 2 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên  Vành tay lái bên trái.  Vành tay lái bên phải. II. SƠ Đồ CấU TRúC Và HOạT động của các hệ thống láI tiêu biểu 2.1. Sơ đồ cấu chúc của hệ thống lái: Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Nó có tác dụng là dùng để thay đổi hướng chuyển động nhờ quay các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ hướng chuyển động thẳng hoặc cong của ôtô khi cần thiết. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó hệ thống lái không ngừng được hoàn thiện. Cấu tạo của hệ thống lái miêu tả (hình 2.1) và bao gồm các bộ phận chính sau đây: vành lái, trục lái, cơ cấu lái, các đòn dẫn động lái, bánh xe dẫn hướng. 2.2. Hoạt động của hệ thống lái: Vành lái nhận lực từ cánh tay người điều khiển để tạo ra chuyển động quay vòng của nó và truyền mômen xoắn tới trục lái. 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 và vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai ốc. Tại cơ cấu lái nhận mômen từ trục lái và thay đổi tỷ số truyền cơ cấu lái để đưa tới các thanh dẫn động lái. Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 3 1. Vành lái. 2. Trục lái. 3. Đòn quay. 4. Hộp cơ cấu lái. 5. Đòn kéo dọc. 6. Đòn ngang liên kết. 7.Đòn dẫn bánh xe. 8. Đòn ngang bên. 9. Trục bánh xe. Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Thanh dẫn động lái là sự kết hợp giữa các thanh nối và tay đòn để truyền chuyển động của cơ cấu lái tới các bánh xe trái và phải. III. CáC GóC ĐặT BáNH XE DẫN HƯớng 3.1. Khái quát chung: Việc bố trí bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới điều khiển, tính ổn định chuyển động. Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển hướng chuyển động nhẹ nhàng, chính xác, đảm bảo ổn định khi chạy thẳng cũng như khi quay vòng kể cả khi có sự cố của hệ thống khác. Đối với ô tô con các yêu cầu này càng nâng cao vì tốc độ chuyển động không ngừng tăng lên. Trên cầu dẫn hướng, các bánh xe được bố trí và quan tâm thích đáng, ở các bánh xe không dẫn hướng cũng được để ý, song bị giới hạn giá thành chế tạo và sự phức tạp của kết cấu nên cách bố trí vẫn tuân thủ các điều kiện truyền thống. Các bố trí của bánh xe dẫn hướng đó là: - Góc nghiêng ngang của bánh xe - Góc chụm bánh xe - Góc nghiêng ngang của trụ đứng và bán kính quay bánh xe - Góc nghiêng dọc trụ đứng và độ lệch trụ đứng Cần chú ý khi xác định các thông số trên, xe phải ở trạng thái không tải và đặt thẳng hướng chuyển động. Góc đặt bánh xe gồm 5 yếu tố sau đây: - Góc nghiêng ngang (góc camber). - Góc nghiêng dọc trụ đứng (Góc caster). - Góc nghiêng ngang trụ đứng (góc kingpin ). - Độ chụm bánh xe - Bán kính quay vòng Nếu một trong các yếu tố này không thích hợp có thể xuất hiện các vấn đề: - Khó lái. Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 4 Hình 3.1. Các dạng góc đặt bánh xe Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - Lái không ổn định. - Trả lái trên đường vòng kém. - Giảm tuổi thọ của lốp. 3.2. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Góc camber). Góc nghiêng ngang của bánh xe (góc camber) là góc xác định trên mặt phẳng ngang của xe, được tạo thành bởi hình chiều mặt phẳng đối xứng dọc của lốp xe và phương thẳng đứng. Khi phần trên của bánh xe nghiêng ra phía ngoài gọi là góc “ camber dương”, ngược lại khi bánh xe nghiêng vào trong cho ta “camber âm”. Trong các kiểu xe trước đây, bánh xe thường có camber dương để tăng tăng độ bền của trục trước và để cho lốp tiếp xúc thẳng góc với mặt đường nhằm ngăn ngừa hiện tượng mòn không đều vì phần tâm lốp cao hơn phần dìa đường. Trong các kiểu xe hiện đại hệ thống treo và trục có độ bền cao hơn trước, mặt đường lại bằng phẳng lên bánh xe không cần nghiêng dương nhiều như trước nữa. Vì vậy góc camber giảm xuống gần đến “không”( một số xe băng không). Trên thực tế bánh xe có camber âm đang được áp dụng phổ biến để tăng tính năng chạy đường vòng của xe. a) Camber âm. Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe nghiêng sẽ sinh ra một lực theo phương nằm ngang. Lực này gọi là lực đẩy ngang nó tác động theo chiều vào trong khi bánh xe có camber âm, và theo chiều ngược lại khi xe có camber dương. Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 5 Hình 3.2. Góc camber Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Khi xe chạy trên đường vòng vì, vì xe có xu hướng nghiêng ra phía ngoài lên camber của lốp xe trở lên dương hơn, lực đẩy ngang về phía trong cùng giảm xuống và lực quay vòng cũng giảm xuống. Góc camber âm của bánh xe giữ cho xe không bị nghiêng dương khi chạy vào đường vòng và duy trì lực quay vòng thích hợp. b) Camber dương. - Camber dương có các tác dụng sau: - Giảm tải trọng thẳng đứng: khi có camber dương tải trọng tác dụng theo hướng cam lái nhờ thế mômen tác dụng lên bánh xe và cam lái giảm xuống. - Ngăn ngừa tuột bánh xe khỏi trục. Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 6 Hình 3.3. Camber âm Phía trong Phía ngoài Phía ngoài Lực đẩy ngang Lực đẩy ngang Hình 3.4. ảnh hưởng của góc camber âm Hình 3.5. Góc camber dương Hình 3.6. Góc camber dương Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên - Ngăn ngừa pháp sinh camber âm ngoài ý muốn do tải trọng: giữ cho phía trên của xe không bị nghiêng về phía trong do sự biến dạng của các bộ phận của hệ thống treo và bạc lót gây ra bởi trọng lượng của hàng hoá và hành khách. - Giảm lực đánh lái. c) Camber bằng không. - Lý do chính để có camber bằng không là nó giúp cho lôp xe mòn đều. Lốp xe có camber âm hoặc dương sẽ làm cho bán kính quay vòng ở phía trong và phía ngoài khác nhau làm cho lốp xe mòn không đều và camber bằng không khắc phục được điều này. 3.3. Góc nghiêng dọc của trụ đứng ( góc caster và khoảng caster) Góc caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ xoay đứng, được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau gọi là “ caster dương”, ngược lại khi trục xoay đứng nghiêng về phía trước gọi là “caster âm”. Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng và mặt đường đến tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là “khoảng caster”. Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng và khoảng caster ảnh hưởng đến tính năng hồi vị bánh xe khi xe chạy trên đường vòng. 3.4. Góc nghiêng ngang của trụ đứng (góc kingpin). Trục mà trên đó bánh xe có thể xoay về phía phải hoặc phía trái được gọi là ‘trục xoay đứng”. Trục này được xác định bằng cách vạch một đường thẳng tưởng tượng đi qua tâm của ổ bi đỡ trên của Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 7 Hình 3.7. Camber bằng không Hình 3.8. Góc Caster Hình 3.9. Góc kingpin Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên bộ giảm chấn và khớp cầu của đòn treo dưới. Nhìn từ phía trước xe, đường thẳng này nghiêng về phía trong, góc nghiêng này được gọi là góc nghiêng trục lái-góc kingpin và được đo bằng độ. Khoảng cách L từ giao điểm trục xoay đứng và mặt đường đến giao điểm giữa đường tâm bánh xe và mặt đường gọi là độ lệch kingpin.  Vai trò của góc kingpin. - Giảm lực đánh lái. Vì các bánh xe quay sang phải hoặc sang trái với tâm quay là trục xoay đứng còn bán kính quay là khoảng lệch, nên khoảng lệch càng lớn thì mômen cản quay càng lớn vì vậy lực lái cũng tăng lên. Do vậy có thể giảm khoảng lệch để giảm lực lái. Có thể áp dụng hai phương pháp để giảm khoảng lệch. - Giảm lực phản hồi và lực kéo lệch sang một bên. Nếu khoảng lệch quá lớn, lực dẫn động hoặc lực hãm sẽ tạo ra một mômen quay quanh trục xoay đứng tỉ lệ với khoảng lệch. Mặt khác, mọi tác động lên bánh xe sẽ làm cho bánh xe bị dật lại hoặc phản hồi. Những hiện tượng này có thể được cải thiện bằng cách giảm khoảng lệch. Nếu góc nghiêng của trục bên trái và bên phải khác nhau thì xe sẽ bị kéo lệch về bên có góc nghiêng nhỏ hơn (có khoảng lệch lớn hơn). Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 8 Hình 3.10. Giảm lực đánh lái Hình 3.11. Giảm lực phản hồi Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Tăng độ ổn định chạy trên đường thẳng. Góc nghiêng của trục lái giúp cho bánh xe tự đông quay trở lại vị trí đường thẳng sau khi đã chạy vòng. 3.5. Độ chụm bánh xe. Độ chụm là độ lệch của phần trước và phần sau bánh xe khi nhìn từ trên xuống. Góc lệch của bánh xe gọi là góc chụm. Khi phần phía trước của các bánh xe gần nhau hơn so với phần phía sau thì được gọi là “độ chụm”, ngược lại gọi là độ choãi Vai trò của góc chụm: khử bỏ lực đẩy ngang do góc camber tạo ra vị vậy góc chụm ngăn ngừa bánh xe mở ra hai bên do có camber dương. Tuy nhiên trong những năm gần đây do áp dụng camber âm và do hiệu quả của hệ thống treo và lốp tăng lên nên nhu cầu khử bỏ lực đẩy ngang không con nữa. Do vậy, mục đích của góc chụm đã chuyển thành đảm bảo độ ổn định chạy trên đường thẳng. 3.6. Bán kính quay vòng (góc bánh xe, góc quay vòng). Bán kính quay vòng góc quay của bánh xe phía trước bên trái và bên phải khi chạy trên đường vòng. Với góc quay của bánh xe bên phải và bên trái khác nhau, phù hợp với tâm quay của cả bốn bánh xe thì độ ổn định của xe chạy trên đường vòng sẽ tăng lên. Nều bán kính quay không đúng, lốp xe bên trong hoặc ngoài sẽ bị trượt về một bên và không thể quay xe một cách nhẹ nhàng. Điều này cũng làm cho lốp xe mòn không đều Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 9 Hình 3.12. Độ chụm Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên iV. DẫN động lái Dẫn động lái các bánh xe dẫn hướng được gọi là “dẫn động lái”. Dẫn động lái là sự kết hợp giữa các thanh nối và tay đòn để truyền chuyển động của cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng. Thanh dẫn động lái phải truyền chính xác chuyển động của vô lăng lên các bánh trước khi chúng chuyển động lên xuống trong khi xe chạy. Có nhiều loại thanh dẫn động lái và kết cấu khớp nối được thiết kế để thực hiện yêu cầu này. 4.1. Quan hệ hình học của Ackerman. Quan hệ hình học của Ackerman là biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe dẫn hướng quanh trục trụ đứng, với giả thiết tâm quay vòng của xe nằm trên đường kéo dài của tâm trục cầu sau. Để thỏa mãn điều kiện không bị trượt bánh xe sau thì tâm quay vòng phải nằm trên đường kéo dài của tâm cầu sau, mặt khác các bánh xe dẫn hướng phải Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 10 Hình 4.1. Quan hệ hình học của Ackerman L B gg = βα cotcot [...]... của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ cấu lái, không gian cho phép bố trí đòn, khớp, độ cứng vững của kết cấu… nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học của Akerman, tức là gần đúng với cơ cấu Đantô Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 11 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Hai dạng điển hình của dẫn động lái ở trên hệ thống treo độc lập trên (hình 5.3a, hình 5.3b) 4.2 Dẫn động lái ở hệ thống treo... Hình 5.8 Hệ thống trợ lực lái bằng điện 1 Cảm biến mômen 2 Mô tơ điện một chiều 3 EPS ECU 4 Đồng hồ táp lô 5 Cơ cấu giảm tốc 6 Rơ le 7 ECU động cơ 8 Bộ chấp hành ABS và ECU ABS 5.4 Hệ thống lái điểu khiển bằng điện tử (EPS) EPS (trợ lực lái bằng điện) tạo mô men trợ lực nhờ mô tơ vận hành lái giảm trợ lực đánh lái Trợ lái thủy lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thủy lực và tạo mômen trợ lực... Thuật Hưng Yên MụC LụC Lời mở đầu .01 Hệ thống lái trên ô tô .02 I chức năng, yêu cầu, Phân loại 02 d) Chức năng 02 e) Yêu cầu 02 f) Phân loại .02 II SƠ Đồ CấU TRúC Và HOạT động của các hệ thống láI tiêu biểu 03 2.1 Sơ đồ cấu chúc của hệ thống lái 03 2.2 Hoạt động của hệ thống lái 04 III CáC GóC ĐặT BáNH XE DẫN HƯớng ... điện một chiều để trợ lực - Cảm biến mô men: Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 26 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mômen lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính Người ta bố trí các vòng phát hiện 1 và 2 trên trục sơ cấp (phía vô lăng) và vòng 3 trên trục thứ cấp (phía cơ cấu lái) Trục sơ cấp và trục thứ cấp được... tích cần piston khi đi sâu vào trong giảm chấn Chất lỏng được nạp đầy, buồng bù tự thay đổi thể tích Giảm chấn làm việc với hiệu quả cao, giữ yên vành lái Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 16 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên và tăng khả năng an toàn cho hệ thống lái Tất nhiên khi làm việc lực đặt trên vành lái lớn hơn khi không có giảm chấn Sự khác nhau của giảm chấn hệ thống lái. .. Cơ cấu lái đặt trước, các đòn ngang đặt trước trục cầu xe Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 12 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Trường hợp d:Cơ cấu lái đặt sau, các đòn ngang 3, 4 đặt trước Đây là loại xe có 4 bánh chủ động 4.3 Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng bánh răng, thanh răng Hình4.5 Bố trí dẫn động lái trên hệ thống treo độc lập có cơ cấu lái thanh... va đập truyền từ bánh xe lên vành lái Xe con bố trí trợ lực lái dạng thủy lực với kết cấu gọn Hệ thống trợ lực lái là một hệ thống tự nhiên điều khiển, bởi vậy nó bao gồm: nguồn năng lượng (NNL), van phân phối (VPP) và xilanh lực (XLL) Tùy thuộc vào việc sắp xếp các bộ phận trên vào hệ thống lái có thể chia ra:VVP, XXL đặt chung trong cơ cấu lái - VPP nằm trong cơ cấu lái, còn XLL nằm riêng - VPP, XLL... cụm, tách biệt với cơ cấu lái - XLL nằm chung vơi cơ cấu lái, còn VPP nằm riêng - VPP, XLL, cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau 5.1 Cấu tạo hệ thống bơm thủy lực Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 17 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên 2 Bộ lọc không khí 1 Đường ống nạp Van điều khiển không khí 3 Bơm trợ lực lái Hộp cơ cấu lái 4 5 Hình 5.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống bơm thủy lực a) Cấu... phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài dể hình thanh một mạch kích thích Khi tạo ra mô men lái thanh xoắn bị xoắn tạo độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 Dựa trên độ lệch pha này, một tín hiệu tỷ lệ với mômen vào được đưa tới ECU Dựa trên tín hiệu này, ECU tính toán mômen trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ - Mô tơ điện một chiều (DC) và cơ cấu giảm tốc: Mô tơ DC bao gồm rô to, stato và... lô: Trong trường hợp có sự cố trong hệ thống, đèn báo sẽ bật sang + Rơ le: Cung cấp năng lượng mô tơ DC và ECU ESP Hình 5.10 Cấu tạo mô tơ điện một chiều và cơ cấu giảm tốc 1 Vòng bi 2 Trục vít 3 Vỏ trục lái 4 Khớp nối 5 Roto 6 Stato 7 Trục mô tơ 8 Trục lái chính 9 Bánh vít Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 27 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên MụC LụC Lời mở đầu .01 Hệ . chiếc ô tô ngày càng hoàn thiện hơn. Do có nhiều cải tiến để đáp ứng yêu cầu của khách hàng và độ an toàn nên hệ thống lái trên ô tô ngày càng phức tạp. vì vậy, đề tài Phân tích hệ thống lái trên. thầy. Hệ thống lái trên ô tô I. chức năng, yêu cầu, Phân loại Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô 1 Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên a) Chức năng. Hệ thống lái là hệ thống. liệu. Phần gầm của tô ngày nay được trang bị một số hệ thống như: hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS) hay hệ thống chống trượt (ARS), hộp số tự động nhiều cấp… Do đó, hệ thống lái cũng được cải