Đang tải... (xem toàn văn)
Link Cad: (http://bit.ly/hethonglaitroluc)
Lời nói đầu Trên nền tảng của đất nớc đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất n- ớc và sự hội nhập của các nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nớc ta ngày càng đợc chú trọng và phát triển. Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ôtô giữa nớc ta với nớc ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trên hầu hết các tỉnh của cả nớc nh: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO, KIA, Một vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ kỹ thuật tiên tiến của các nớc có nền công nghiệp phát triển vào việc lắp ráp sản xuất cũng nh sử dụng bảo dỡng trên xe Ôtô. Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thống lái. Hệ thống này có chức năng điều khiển hớng chuyển động của Ôtô, nó đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng nh quay vòng của bánh xe dẫn hớng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ôtô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao. Do đó ngời ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó. Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại. Em đã đợc giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống lái trợ lực điện xe kia-morning . Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính năng an toàn chuyển động và giúp cho ngời lái giảm mệt mỏi. Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu và thực nghiệm. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhng với khả năng và thời gian hạn chế nên bản đồ án của em còn nhiều khiếm khuyết. Em mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ án đ- ợc hoàn thiện hơn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hớng dẫn : Phạm Hữu Nam đã tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành đợc bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơ khí tr- ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng các bạn đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án. Sinh viên. Trần Văn Quyết 1 CHƯƠNG 1 đặc điểm hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô 1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống lái. 1.1 Nhiệm vụ :Hệ thống lái có nhiệm vụ điều khiển hớng chuyển động của ô tô bằng cách quay bánh xe dẫn hớng thông qua tác động quay vành lái của ngời điều khiển. Ngoài ra hệ thống lái còn có nhiệm vụ giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định nhờ khả năng tự trả lái. Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái. 2 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái 1 - Vành tay lái. 5- Thanh kéo dọc. 2 - Trục lái. 6- Đòn quay đứng. 3 - Cơ cấu lái. 7- Hình thang lái. 4 - Đòn quay đứng. Hệ thống lái gồm : cơ cấu lái và hệ dẫn động lái. + Cơ cấu lái: bộ phận số 3 trên hình 1.1. Thực chất là bộ giảm tốc để đảm bảo tăng mô men điều khiển hớng chuyển động của ngời lái đến bánh xe dẫn hớng và có nhiêm vụ truyền và thay đổi hớng của lực của trục lái + Hệ dẫn động lái: gồm vành lái,các đòn dẫn động cơ cấu lái và các đòn dẫn động từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng, hình thang lái: gồm các chi tiết (1,2,4,5,6,7) trên hình 1.1. Có nhiệm vụ truyền lực từ vành lái và từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng. 1.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái: + Đảm bảo động lực học chuyển động và quay vòng của xe : Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hớng, các bánh xe dẫn hớng sau khi thực hiện quay vòng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng 3 + Lực điều khiển mhẹ nhàng và phải tỉ lệ với mô men cản mặt đờng: mô men cản lớn thì lực điều khiển phải lớn và ngợc lại. + 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, thờng chọn = 0,65. + 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 ôtô sẽ không truyền đến bánh lái đợc vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Đây là một tính chất rất quí của cơ cấu lái. Nhng không thể đa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái xẽ không tự trả lại đợc về vị trí ban đầu dới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đờng tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định, thờng lấy = 0,5. + Đảm bảo sự bố trí của hệ thống: cách bố trí không đợc quá phức tạp, cồng kềnh, và giá thành của hệ thống không quá cao, làm việc ổn định, độ tin cậy và tuổi thọ làm việc cao. 2. Các hệ thống lái có trợ lực . Để giảm cờng độ hoạt động của ngời lái thì hệ thống lái cần có trợ lực Hình 1.2 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực. 4 Bánh xe Hệ thống lái Ngời điều khiển Trợ lực lái Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái có trợ lực Hệ thống lái trợ lực (trên xe du lịch) có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thuỷ lực, trợ lực điện. 2.1 Hệ thống lái trợ lực bằng thuỷ lực Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm trợ lực(bơm cánh gạt), van điều khiển, xy lanh lực. Van điều khiển gồm 3 loại: kiểu van cánh, kiểu van ống, kiểu van quay. Hình 1.3 là sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thuỷ lực. Hình 1.3 2.1.1 Ngyên lý làm việc. Hình 1.4 là sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống lái trợ lực dầu. 5 Van điều khiển Hình 1.4 - Sơ đồ nguyên lý Khi ta xoay vành lái tác động làm van điều khiển xoay, van đã phân phối dầu đến xy lanh lực nhờ áp suất dầu do bơm trợ lc mà xy lanh đã trợ lc cho ngời lái. + Trạng thái quay vòng trái: khi ta xoay vành lái sang trái van điều khiển cấp dầu đến khoang trái của xy lanh áp suất dầu trợ lực đẩy thanh răng sang phải, dầu khoang phải đợc hồi về bình chứa. Với góc quay của vành lái càng lớn van phân phối dầu đến xy lanh càng nhiều dẫn đến trợ lực càng nhiều do áp suất dầu tăng. + Với trạng thái quay vòng phải sẽ ngơc lại với quay vòng trái dầu đợc van phân phối cấp tới khoang bên phải của xy lanh và thanh răng đợc đẩy sang trái. + Trạng thái đi thẳng: van phân phối ở vị trí trung gian lúc này áp suất dầu ở hai khoang xy lanh là nh nhau vì vậy lực tác dụng lên thanh răng bị triệt tiêu. Nh vậy hệ thống làm việc dựa vào 1 thông số mô men trục lái vì vậy ta có các u nhợc điểm của hệ thống là nh sau: 2.1.2 Ưu nhợc điểm của hệ thống +Ưu điểm: - Giúp ngời lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so vơí hệ thống lái không có trợ lực vì có thêm trợ lực tác động của xy lanh lực lên thanh răng do áp suất dầu của bơm trợ lc gây ra. - Là cơ cấu an toàn khi xe bị nổ lốp hoặc xì hơi. 6 Van điều khiển - Kết cấu đơn giản so với hệ thống trợ lực khác: trợ lc khí nén và trợ lực điện. - Làm việc tin cậy có độ bền cao, chịu đợc va đập nhẹ. + Nhợc điểm: - áp suất dầu đợc tạo ra từ bơm dầu mà bơm dầu lại đơc dẫn động từ trục khuỷu của động cơ và bơm dầu luôn luôn hoạt động trong suôt quá trình xe chạy vì vậy làm tốn công suất của động cơ thòng xuyên. - Hệ thống cần độ kín khít cao, nên thờng xuyên phải kiểm tra sự dò dỉ dầu của hệ thống. - Kết cấu đơn giản nhng hệ thống cồng kềnh dẫn đến tăng khối lợng của hệ thống. - Làm việc ồn do tiếng kêu của bơm dầu và dầu chảy qua các đờng ống và van và dầu là chất thải ô nhiễm gây ô nhiễm môi trờng. 2.1.3 Hạn chế. Mới chỉ đáp ứng đợc công dụngtrợ lực cho ngời lái giúp ngời lái điều khiển nhẹ nhàng nên hệ thống trợ lực dầu còn nhiều hạn chế sau đây: + Hệ thống làm việc theo 2 thông số là mô men và góc quay trục lái do ngời điều khiển tác dụng nên chỉ đáp ứng đợc mặt trợ lực mà cha đáp ứng đợc tỉ số truyền lực thay đổi theo tốc độ của xe. + Về mặt tỉ số truyền góc bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỉ số truyền thấp để ngời lái quay vòng hiệu quả: ngời điều khiển phải quay vành lái ít và ở tốc độ cao cần có tỉ số truyền cao vì lúc này mức phản ứng của xe rất nhạy nhng hê thống cha đáp ứng đợc. + Khi quay vòng ngoặt ngời điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều vòng. + Khi hệ thống trợ lực hỏng lực điều khiển nặng hơn hệ thống không có trợ lực. 3. Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện 3.1 Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện: Hình 1.5 là Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men , mô tơ điên 1 chiều, ECU, cảm biến tốc độ ô tô, và các dây điện + Cảm biến mô men có nhiệm vụ xác định mô men trên trục lái do ngời lái tác dụng thông qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu nàyđến ECU. 7 Hình 1.5 - Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện + Motor điện 1 chiều: Hình 1.6 thể hiện Motor và bộ truyền trục vít - bánh ví Hình 1.6 - Motor và bộ truyền trục vít bánh ví Trên hình 1.6 ta có motor điện đợc dẫn động từ ECU. Motor truyền mô men qua khớp nối sang trục vít sang bánh vít bắt trên trục lái. + ECU là bộ phận điều khiển. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảm biến tốc độ xe từ đó tính toán mô men cần trơ lực từ đó điều khiển motor điện. + Cảm biến tốc độ xe có nhiệm vụ đa tín hiệu tốc độ của ô tô tới ECU 3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện. 8 Cảm biến vận tốc xe Hình 1.7 là sơ đồ tín hiệu vào ra của hệ thống. Hình 1.7 sơ đồ tín hiệu vào ra. Theo hình 1.5 và hình 1.7 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là ECU tiếp nhận 2 tín hiệu chính: tín hiệu đa vào từ cảm biến mô men của trục lái và tín hiệu của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó ECU tính toán dẫn động motor điện trợ lc mô men thích hợp với lực đánh lái. Lực đánh lái càng nhiều thì motor điện càng phải trợ lực nhiều hơn, nhng mô men trợ lực của motor sẽ đợc điều khiển giảm dần khi vận tốc xe tăng dần. + Trạng thái quay vòng : khi ngời điều khiển quay vành lái tác động lên cảm biến mô men, cảm biến mô men truyền tín hiệu cảm biến đợc tới ECU kết hợp với tín hiệu từ cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính toán dẫn động mô tơ điện trợ lực mô men thích hợp và nhờ cảm biến mô men mà ECU xác định đợc chiều quay của trục lái từ đó điều khiển chiều quay của motor điện cho thích hợp + Trạng thái đi thẳng: trục lái không quay nên cảm biến mô men không phát hiện có mô men trên trục lái tín hiệu đa vào ECU của cảm biến mô men là không có nên ECU cha điều khiển mô tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái đi thẳng đợc giữ nguyên mà không có sự trợ lực 3.3 so sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử và hệ thống lái trợ lực dầu: Ta thấy hệ thống lái trợ lực dầu làm việc dựa trên 2 thông số là mô men và góc quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: 9 tốc độ xe, mô men trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục lái vì vậy ta có những u điểm của hệ thống trợ lực điện nh sau: + Ưu điểm - Tạo ra đợc tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe:xe ở tốc độ thấp tỉ số truyền nhỏ, và ngợc lại xe ở tốc đọ cao tỉ số truyền lớn. Là mô men trợ lực của động cơ điện đợc điều khiển thay đổi theo tốc độ của ô tô vì vậy u điểm lớn nhất của hệ thống lái trợ lực điện là mô men trợ lực của động cơ điện thay đổi phù hợp theo tốc độ của xe - so với trợ lực dầu thì xe có hệ thống lái trợ lực điện tiết kiệm đợc nhiên liệu hơn vì ở hệ thống lái trợ lực dầu động cơ luôn dẫn dộng bơm trơ lực dầu cả khi ngời lái không quay vô lăng ngơc lại hệ thống trợ lực điện thì động cơ điện chỉ làm việc khi ngời lái quay vành lái nên không tiêu tốn công suất cảu động cơ thờng xuyên - so với trợ lực dầu thì trợ lực điện làm việc êm hơn vì không có tiếng kêu của bơm trơ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn nhng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lợng của hệ thống đợc giảm hơn so với trợ lực dầu - khi trơ lực bị hỏng thì lực điều khiển của ngời lái chỉ nặng nh xe không có trợ lực chứ không nặng nh trờng hợp hỏng trợ lực dầu + Nhợc điểm: - kết cấu và chế tạo phức tạp - chịu va đập kém - giá thành cao 4. Phơng án lựa chọn thiết kế Qua phân tích đặc điểm các hệ thống lái trợ lực, với những u điểm của hệ thống lái trợ lực điện đã trình bày ở trên, em chọn phơng án lựa chọn thiết kế là: hệ thống lái trợ lực điện EPS. Vậy ta cần phải lựa chọn và thiết kế các cụm chính sau: Lựa chọn thiết kế cơ cấu lái, lựa chọn dẫn động lái, lựa chọn thiết kế trợ lực lái. 4.1 Phơng án lựa chọn thiết kế cơ cấu lái + phơng án 1 : Cơ cấu lái trục vít con lăn( xem hình 1.8) Loại cơ cấu lái này hiện nay đợc 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 10 [...]... cao thì van điện từ đóng bớt đờng dầu lại và ngợc lại - Với phơng án này hệ thống vẫn còn mang những nhợc điểm của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực nhng cũng đã giải quyêt đợc vấn đề thay đổi đợc tỉ số truyền thay đổi theo tốc độ của xe Hình 1.18 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện + phơng án lựa chọn: Với 4 phơng án trên em lựa chọn phơng án số 3 là hệ thống lái trợ lực điện kiểu: column-type... 14 - Dẫn động lái sáu khâu 4.3 Phơng án lựa chọn thiết kế trợ lực điện Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phơng án bố trí sau: + phơng án 1: motor trợ lực cho bánh răng chủ động(pinion-type) Hình1.15 là Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type 17 Hình1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type - Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủ động của cơ cấu lái, nên mô men... cản quay vòng lớn (có trợ lực) : Khi mô men cản lớn hơn 44 N.m (hoặc lực tác dụng lên vành lái lớn hơn 20N), thì ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảm biến tốc độ xe, từ đó tính toán rồi điều khiển motor trợ lực phù hợp cho hệ thống bằng bộ truyền lực trục vít - bánh vít, cho đến khi lực tác dụng lên vành lái là cực đại là : 60 N thì motor trợ lực cực đại cho hệ thống + Khi lực cản quay vòng không... khiển ECU - vì motor trợ lực đặt trớc cơ cấu lái nên mô men lớn nhất của motor không cần phải lớn + phơng án 4: hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện 20 Hình 1.18 là Sơ đồnguyên lý hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện - nguyên lý hoạt động: lu lợng dầu từ bơm đến van phân phối đợc điều chỉnh bằng van điện từ: ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe từ đó điều khiển van điện từ tăng giảm lu lợng... hoá lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái, Hiện nay dẫn động lái sáu khâu đợc 16 dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch nh : Toyota, Nisan, Mercedes ,kia Với đề tài thiết kế hệ thống lái cho kia morning, hệ thống treo độc lập do đó ta chọn dẫn động lái sáu khâu Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu là có thêm thanh nối nên ngăn ngừa đợc ảnh hởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hớng này lên bánh xe. .. án 2: motor trợ lực vào thanh răng(rack-type) Hình 1.16 là Sơ đồnguyên lý trợ lực kiểu rack-type - Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ thống - Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dới 18 ` Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu rack-type 19 + phơng án 3: motor trợ lực cho trục lái( column -type )-xem hình 1.17) Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ. .. với motor điện 1 chiều bằng khớp nối + ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu của cảm biến mô men và cảm biến tốc độ xe, từ đó tính toán dẫn động motor điện trợ lực vào trục 2 + các trạng thái làm việc + Lực cản quay vòng nhỏ (cha có trợ lực) : Với mô men cản ở mặt đờng nhỏ hơn 44 N.m (hay lực tác động lên vành lái nhỏ hơn 20N) thì hệ thống làm việc nh hệ thống cơ khí đơn thuần không có trợ lực + Lực cản quay... 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 đợc 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... hớng) Do đó chỉ đợc áp dụng cho các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thì không dùng đợc V Hình 1.13 - Dẫn động lái 4 khâu + Dẫn động lái sáu khâu: Dẫn động lái sáu khâu đợc lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hớng Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm đợc không gian... (motor trợ lực cho trục lái) Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên dới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU Hình 1.19 là Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểu columntype 21 Vô lăng Trục lái Cảm biến mô men ECU motor Cơ cấu lái Hình 1.19 - Sơ đồ . có trợ lực Hệ thống lái trợ lực (trên xe du lịch) có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thuỷ lực, trợ lực điện. 2.1 Hệ thống lái trợ lực bằng thuỷ lực Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm trợ lực( bơm. Khi hệ thống trợ lực hỏng lực điều khiển nặng hơn hệ thống không có trợ lực. 3. Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện 3.1 Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện: Hình 1.5 là Sơ đồ hệ thống. ngời lái thì hệ thống lái cần có trợ lực Hình 1.2 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực. 4 Bánh xe Hệ thống lái Ngời điều khiển Trợ lực lái Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái