Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC Sinh viên: Nguyễn Như Huế 1 Lớp Cơ điện tử K46 Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Sinh viên: Nguyễn Như Huế 2 Lớp Cơ điện tử K46 Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ô tô là một phương tiện giao thông đang dần dần phổ biến ở nước ta. Nó giữ vai trò quan trọng trong mạng lưới giao thông đường bộ. Từ khi ra đời cho đến nay, ngành công nghiệp ô tô đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật. Với sự tăng trưởng tốc độ và mật độ chuyển động của ô tô ngày nay đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính điều khiển ở mức độ cao. Nhằm đảm bảo tính an toàn khi chuyển động của xe, hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra. Hệ thống lái là một trong những hệ thống hết sức quan trong trên ô tô. Nó quyết định tới tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô. Đề tài “ Nghiên cứu, phân tích và đánh giá động lực học hệ thống lái ô tô” Với mục đích xem xét, đánh giá động lực học ô tô khi quay vòng. Từ đó đưa ra những lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động và ổn định cho xe khi chuyển hướng. Nội dung đề tài : Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Trình bày về nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của một hệ thống lái. Đưa ra một số bộ phận chính và các thông số cơ bản của hệ thống lái. Chương II: Một số hệ thống lái thông dụng Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động một số hệ thống lái cũng như từng bộ phận của hệ thống lái đó. Hệ thống lái thuần túy cơ khí, hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái trợ lực có điều khiển. Chương III: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô Xây dựng phương trình động lực học khi xe quay vòng, xác định các hàm truyền cho các tham số chuyển vị của xe. Kết hợp với việc lập trình Sinh viên: Nguyễn Như Huế 3 Lớp Cơ điện tử K46 Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu trên phần mềm Matlab để đánh giá động lực học quay vòng tĩnh và động của ô tô. Sau quá trình thực hiện, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy giáo Th.S Phạm Thế Minh đồ án đã được hoàn thành. Song do thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được ý kiến chỉ bảo của các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Phạm Thế Minh cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Máy đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Hà nội, Tháng 5 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Như Huế Sinh viên: Nguyễn Như Huế 4 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI. 1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại 1.1.1. Nhiệm vụ Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô khi cần thiết. Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách: + Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng (hình1-1(a)) + Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động (hình1-1(b)) + Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên. Phương pháp quay các bánh xe dẫn hướng để quay vòng xe cơ giới được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Phương pháp thay đổi hướng momen ở các bánh xe chủ động thường áp dụng cho các loại xe cơ giới bánh xích. Đối với xe bánh xích, có thể kết hợp việc truyền momen khác nhau đến các bánh chủ động ở hai bên của xe với việc hãm các bánh xe phía gần tâm quay vòng để quay vòng trên diện tích rất nhỏ, thậm chí có thể quay vòng xe tại chỗ. Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì hệ thống lái là hệ thống quan trọng nhất. Sinh viên: Nguyễn Như Huế 5 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Hình 1 - 1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới 1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diện tích bé. + Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng tránh trượt lê gây mòn lốp. + Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng thì cần đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng. + Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh xe dẫn hướng lên các vành tay lái + Hệ thống lái không được có độ dơ lớn. Với xe có tốc độ lớn hơn 100Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ. Với xe có tốc độ lớn nhất nằm trong khoảng (25 – 100)Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 27 độ. + Giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định Sinh viên: Nguyễn Như Huế 6 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái + Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô (để kết cấu của hệ thống treo không ảnh hưởng đến cơ cấu lái), cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi. + Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều khiển được xe. Đảm bảo an toàn bị động của xe, không gây nên tổn thương cho người sử dụng khi bị đâm chính diện. 1.1.3. Phân loại hệ thống lái a) Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái + Loại cơ cấu lái đặt bên trái (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải). + Loại cơ cấu lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động là bên trái). b) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái + Loại trục vít- bánh vít (với cung răng con lăn và trục vít). + Loại trục vít đòn lắc. + Loại liên hợp (trục vít - ê cu - cung răng). + Loại bánh răng - thanh răng c) Theo số bánh dẫn hướng + Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước. + Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau. + Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu. Sinh viên: Nguyễn Như Huế 7 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái d) Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái. + Loại trợ lực lái thủy lực. + loại trợ lực lái loại khí (khí nén hoặc chân không). + Loại trợ lực lái cơ khí. + Loại trợ lực lái dùng điện. Ngoài ra hệ thống lái còn được phân ra: Hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái không trợ lực. Trong hệ thống lái có trợ lực lại được phân ra hệ thống lái trợ lực không có điều khiển và hệ thống lái trợ lực có điều khiển điện tử. 1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái 1.2.1. Cấu tạo Hình 1 - 2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái 1.Vành tay lái (vô lăng) 6.Trụ đứng(chốt chuyển hướng) Sinh viên: Nguyễn Như Huế 8 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái 2.Trục lái 7.Đòn quay (cam quay) 3.Ống bọc trục lái 8.Thanh bên của hình thang lái 4.Cơ cấu lái 9.Khớp cầu nối 5.Tay biên 10.Đòn ngang (thanh ngang) 11.Đòn kéo dọc 1.2.2. Nguyên lý hoạt động Vành tay lái có dạng hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc. Trục lái thường là một đòn dài (rỗng hoặc đặc) để truyền mô men quay từ vành tay lái tới cơ cấu lái. Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của tay biên trong mặt phẳng thẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu cần thiết. Cơ cấu lái được bắt chặt lên xà dọc (phần được treo của ô tô). Dẫn động lái (gồm:11,7,8,9,10) có nhiệm vụ truyền chuyển động từ cơ cấu lái xuống bánh xe dẫn hướng đảm bảo tỷ số truyền nhất định và chủ yếu giữ được động học quay vòng đúng của ô tô. Khi người lái quay vô lăng (1) để điều khiển xe, qua cơ cấu lái (4) làm cho tay biên (5) quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) và đòn quay cam (7) làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua các đòn (8,10) của hình thang lái làm cho bánh xe dẫn hướng bên kia cũng dịch chuyển quanh trụ đứng, lệch phương chuyển động theo ý muốn của người lái. Sinh viên: Nguyễn Như Huế 9 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái 1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái 1.3.1. Trục lái Hình 1 - 3: Cấu tạo chung của 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. Vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai ốc. Trong trục lái có một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này sẽ hấp thụ lực đẩy tác dụng lên người lái khi xe bị tai nạn. Trục lái được gá với thân xe qua một giá đỡ kiểu dễ vỡ do vậy khi xe bị đâm trục lái có thể dễ dàng bị phá sập. Đầu dưới của trục lái chính nối với cơ cấu lái bằng khớp mềm hoặc khớp các đăng để giảm thiểu việc truyền chấn động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng. Cùng với cơ cấu hấp thụ va đập, trục lái chính trên một số xe còn có thể có một số kết cấu dùng để khống chế và điều chỉnh hệ thống lái: ví dụ cơ cấu khóa tay lái nghiêng, cơ cấu trượt tay lái. 1.3.2. Cơ cấu lái 1.3.2.1. Chức năng Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái có chức năng : Sinh viên: Nguyễn Như Huế 10 Lớp Cơ điện tử K46 [...]... K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái đầu có ren phải Xoay bulông điều chỉnh sẽ làm thay đổi chiều dài toàn bộ thanh nối bên 1.4 Các thông số cơ bản của hệ thống lái 1.4.1 Tỉ số truyền của hệ thống lái Trong hệ thống lái có các tỉ số truyền sau: + Tỉ số truyền của cơ cấu lái i ω + Tỉ số truyền của dẫn động lái i d + Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái ig + Tỉ số truyền lực của hệ thống lái i l... Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Đối với hệ thống lái trang bị trợ lực lái thì tỉ số truyền không là vấn đề quan trọng Vì thao tác cơ cấu lái ở đây chủ yếu dùng để đóng mở các van của bộ trợ lực lái khiến nó làm việc Để đề phòng hỏng bộ trợ lực lái thì tỉ số truyền vẫn phải chọn đủ lớn để người lái vẫn đủ sức lái xe Tỉ số truyền của dẫn động lái i d Nó phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các... góc của hệ thống lái i g Tỷ số của góc quay vành tay lái lên góc quay của bánh dẫn hướng Tỉ số truyền này bằng tích số của tỉ số truyền của cơ cấu lái i ω với tỉ số truyền của dẫn động lái ig = iω id Tỉ số truyền lực của hệ thống lái i l 1 Hình 1 - 11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang Sinh viên: Nguyễn Như Huế 20 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái 2 Tỷ số của tổng lực... gọi là tâm quay vòng tức thời của xe ( điểm O trên hình 1-12 ,1-14 ) Sinh viên: Nguyễn Như Huế 22 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Hình 1 - 13: Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng a) b) Sinh viên: Nguyễn Như Huế 23 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Hình 1 - 14: Sơ đồ động học của xe ôtô Đối với xe hai cầu, trong đó cầu trước là dẫn hướng để tất cả các bánh xe không... động truyền từ bánh xe đến hệ thống treo Nếu góc đặt bánh xe không hợp lý thì sẽ xuất hiện các vấn đề như lái bị chém góc, lái không ổn định, trả lái trên đường vòng kém và tuổi thọ của lốp xe giảm Sinh viên: Nguyễn Như Huế 25 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái 1.4.3.1 Góc doãng (góc camper) Khái niệm: Góc camper là góc bánh xe nghiêng về bên phải hay nghiêng về trái đối với đường thẳng... chuyển động ngang cho các thanh nối 1.3.3 Dẫn động lái Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn, các thanh liên kết với nhau để truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh xe điều khiển, đồng thời đảm bảo Sinh viên: Nguyễn Như Huế 15 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái cho các bánh xe của ô tô quay vòng với động học đúng Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái, có nhiệm vụ đảm bảo động... 28 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái 1.4.3.2 Góc nghiêng dọc (góc caster) Khái niệm : Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay đứng Góc caster được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng, nhìn từ cạnh xe Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì được gọi là “góc caster dương”, còn trục nghiêng về phía trước thì được gọi là “góc... lái của bánh xe bên phải và bên trái bằng nhau (α = β) Và mỗi bánh xe sẽ quay quanh một tâm quay khác nhau (O 1 và O 2 ), mặc dù chúng có bán kính quay bằng nhau (r 1 = r 2 ) Vì vậy, sẽ xuất hiện sự trượt bên ở một trong hai bánh xe Sinh viên: Nguyễn Như Huế 35 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Với hệ thống lái có góc quay bánh xe dẫn hướng khác nhau, các bánh xe bên phải và bên... xe Tác dụng của góc kingpin : + Giảm lực đánh tay lái : Khi bánh xe quay sang phải và sang trái quanh trục xoay đứng với khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục xoay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy Sinh viên: Nguyễn Như Huế 32 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái làm tăng lực tay lái Để giảm bớt lực lái, ta có thể giảm độ lệch bằng 2 cách Tăng góc... xe chạy trên đường nghiêng, thân xe nghiêng về một bên Khi đó xe có khuynh hướng quay về phía nghiêng Nếu phần phía trước của mỗi bánh xe chụm vào trong (Độ chụm), thì xe có khuynh hướng chạy theo hướng ngược lại hướng nghiêng Vì vậy, độ ổn định khi chạy trên đường thẳng được duy trì Sinh viên: Nguyễn Như Huế 34 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái Tuy nhiên nếu độ chụm vào quá lớn, . lái. Chương II: Một số hệ thống lái thông dụng Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động một số hệ thống lái cũng như từng bộ phận của hệ thống lái đó. Hệ thống lái thuần túy cơ khí, hệ thống lái. Loại trợ lực lái dùng điện. Ngoài ra hệ thống lái còn được phân ra: Hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái không trợ lực. Trong hệ thống lái có trợ lực lại được phân ra hệ thống lái trợ lực. Huế 4 Lớp Cơ điện tử K46 Chương I: Tổng quan về hệ thống lái CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI. 1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại 1.1.1. Nhiệm vụ Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển