CHƯƠNG VIII: HỆ THỐNG LÁI 8.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU 8.1.1.Công dụng: Hệ thống lái dùng để điều khiển hướng chuyển động ô tô, thay đổi hướng chuyển động giữ nguyên hướng chuyển động xe Nó thực từ buồng lái tới bánh xe dẫn hưóng 8.1.2 Phân loại hệ thống lái - Theo phương pháp chuyển hướng: + Chuyển hướng hai bánh xe cầu trước + Chuyển hướng tất bánh xe (4WD) - Theo đặc điểm truyền lực + Hệ thống lái khí + Hệ thống lái khí có trợ lực thủy lực + Hệ thống lái khí có trợ lực điện - Theo kết cấu cấu lái + Cơ cấu lái kiểu bánh răng, + Cơ cấu lái kiểu trục vít lõm, lăn + Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi, răng, bánh - Theo cách bố trí vành tay lái + Vành tay lái bên trái + Vành tay lái bên phải 8.1.3.Các yêu cầu hệ thống lái - Tính linh hoạt tốt: Khi xe quay vịng đường gấp khúc hẹp hệ thống lái phải xoay bánh trước chắn, dễ dàng êm - Lực lái thích hợp: Để lái dễ dàng thuận lợi đường nên chế tạo hệ thống lái nhẹ tốc độ thấp nặng tốc độ cao - Phục hồi vị trí êm: Trong xe đổi hướng, lái xe phải giữ vô lăng chắn Sau đổi hướng, phục hồi – nghĩa quay bánh xe trở lại vị trí chạy thẳng – phải diễn êm lái xe tác động lực lên vô lăng - Giảm thiểu truyền chấn động từ mặt đường lên vô lăng: Không để 71 vô lăng truyền ngược chấn động xe chạy đường gồ ghề Đảm bảo phù hợp hệ thống lái hệ thống treo mặt động học mặt động lực học - Có giá thành thấp:mỗi sản phẩm thiết kế chế tạo cần phải phù hợp với thi trường yếu tố giá thành.giá thành thấp mà chất lượng khơng đổi dùng phổ biến 8.1.4 Sơ đồ kết cấu chung hệ thống lái Hệ thống lái hệ thống điều khiển hướng chuyển động xe Nó có tác dụng dùng để thay đổi hướng chuyển động nhờ quay bánh xe dẫn hướng để giữ hướng chuyển động thẳng cong ôtô cần thiết Trong q trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến an toàn chuyển động tốc độ cao hệ thống lái khơng ngừng hồn thiện Cấu tạo hệ thống lái miêu tả (hình 5.1) bao gồm phận sau đây: vành lái, trục lái, cấu lái, đòn dẫn động lái, bánh xe dẫn hướng Vành lái nhận lực từ cánh tay người điều khiển để tạo chuyển động quay vịng truyền mômen xoắn tới trục lái 72 Trục lái bao gồm trục lái truyền chuyển động quay vơ lăng tới Vành lái Trục lái Đòn quay Hộp cấu lái Đòn kéo dọc Đòn ngang liên kết 7.Đòn dẫn bánh xe Địn ngang bên Hình 8.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái Trục bánh xe cấu lái ống đỡ trục lái để cố định trục lái vào thân xe Đầu phía trục lái làm thon xẻ hình cưa vơ lăng xiết vào trục lái đai ốc Tại cấu lái nhận mômen từ trục lái thay đổi tỷ số truyền cấu lái để đưa tới dẫn động lái Thanh dẫn động lái kết hợp nối tay đòn để truyền chuyển động cấu lái tới bánh xe trái phải 8.2 CƠ CẤU LÁI 8.2.1 Các thơng số Khi phân tích đánh giá hệ thống lái, thường quan tâm đến yêu cầu sau đây: - Khả đảm bảo tỷ số truyền hợp lý - Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, tuổi thọ cao - Hiệu suất thuận hiệu suất nghịch 73 - Độ dơ cấu lái nhỏ - Chiếm khơng gian dễ dàng tháo lắp, điều chỉnh 8.2.2 Các cấu lái thông dụng a Cơ cấu lái bánh – Cơ cấu lái kiểu có mặt phổ biến loại xe có ÷ chỗ ngồi Có hai dạng cấu tạo bản: - Thanh liên kết với đòn ngang bên qua ổ bắt bu lơng - Thanh liên kết với địn ngang bên hai đầu Hình 8.2 Cơ cấu lái bánh Đòn ngang bên phải Đòn ngang bên trái Thanh Lò xo 5.Bọc cao su Trục bánh Khớp nối trục lái Bánh có cấu tạo nghiêng, đầu lắp ổ lăn kim, đầu lắp ổ bi cầu Êcu rỗng có phớt che bụi đảm bảo bánh quay nhẹ nhàng Vì bánh có kích thước nhỏ nên chế tạo liền trục Thanh nằm bánh có cấu tạo nghiêng Thanh chuyển động tịnh tiến hai bạc trượt Cụm bạc trượt có dạng tiết diện vành khăn nằm bên phải, cụm bạc trượt nửa vành khăn nằm bánh Bạc trượt nửa vành khăn có lị xo trụ tỳ chặt điều chỉnh thường xuyên sử dụng thông qua êcu điều chỉnh Êcu điều chỉnh nằm cấu lái Giữa bạc trượt êcu điều chỉnh tồn khe hở để đảm bảo tác dụng lò xo tỳ Trên êcu điều chỉnh có ốc khóa chặt để tránh tự nới lỏng ốc điều chỉnh Cơ cấu lái đặt vỏ xe, để tạo góc ăn khớp lớn cho truyền nghiêng Bánh đặt nghiêng ngược chiều nghiêng răng, nhờ hệ số trùng khớp truyền lớn làm việc êm, phù hợp với việc bố trí vành lái xe 74 Bộ truyền bôi trơn mỡ, hai đầu vỏ có nắp tơn bao kín, Hai đầu có lắp khớp nối đòn ngang bên Vỏ cấu lái bắt với vỏ xe nhờ hai ụ cao su đặt hai đầu cấu lái b Cơ cấu lái trục vít – lăn (globoit) Cácte cấu Miếng lót Vịng đệm chặn 10 trục lái Hình 8.3 Cơ cấu lái trục vít lăn Trục đòn quay đứng Con lăn ba Trục vít Nút Đai ốc mũ Trục lăn 11 Vít điều chỉnh 12 Chốt hãm 13 Vòng phớt 14 Đòn quay đứng 16 Ống lót đồng 15.Đai ốc Đặc điểm cấu lái loại sử dụng trục vít lõm (globoit) lăn ăn khớp Trục vít lõm bắt với vành lái thơng qua trục lái trục đăng Trục vít ép căng với trục quay hai ổ bi Ổ bi điều chỉnh độ dơ nhờ đệm điều chỉnh Phớt che bụi chắn dầu Dạng trục vít lõm cho phép thay đổi tỷ số truyền cấu lái Sự thay đổi không lớn (khoảng 10%), vị trí trung gian, tỷ số truyền lớn nhằm giảm nhẹ lực đánh tay lái, vị trí biên, tỷ số truyền nhỏ, lực đánh lái lớn, điều chỉnh góc quay bánh xe nhanh chóng Con lăn ăn khớp với trục vít lắc trục để tạo nên chuyển động quay trục Con lăn quay trơn trục nhằm giảm ma sát hoạt động Giữa lăn trục có ổ bi kim Trục đặt nạng (đồng thời trục bị động) Trục bị động đặt bạc tựa dài hạn chế dọc trục nhờ ốc giữ ốc điều chỉnh Phớt chắn dầu che bụi 75 cho trục bị động Đầu trục bị động dạng hình nhỏ có then tam giác để lắp đòn quay đứng dẫn động đòn hệ thống lái Để giữ chặt đòn đứng với trục quay nhờ đệm vênh êcu Vị trí tương đối lăn trục vít xác định nhờ ốc điều chỉnh đặt nắp cấu lái Giữa tâm lăn tâm trục vít có độ lệch, sử dụng chỗ ăn khớp bị mịn, đẩy sâu lăn vào trục bị động tạo nên khả ăn khớp với độ dơ nhỏ Vỏ cấu lái có lỗ để bắt giá xe Trên nắp có lỗ đổ dầu xác định mức dầu cấu lái Loại cấu lái trục vít lăn thường lắp xe có cầu sau chủ động xe tải lớn, có tỷ số truyền thay đổi, hiệu suất thuận lớn hiệu suất nghịch đảm bảo giảm va đập từ bánh xe truyền lên vành lái Khe hở bên cấu lái nhỏ vùng trung gian, biên, khe hở bên lớn tránh kẹt cấu lái vùng trung gian bị mòn Cơ cấu có độ bền mịn cao, khả làm việc tốt nên dùng cho xe có khả động cao c Cơ cấu lái loại bi tuần hồn (trục vít êcu bi – bánh răng) Cơ cấu lái loại dùng cho xe loại lớn có khơng có trợ lực, xe nhỏ dùng Cấu tạo bao gồm: Trục vít quay xung quanh tâm êcu ơm ngồi trục vít thơng qua viên bi ăn khớp, tạo nên truyền trục vít – êcu Bên ngồi êcu có dạng Các bánh (một phần bánh răng) ăn khớp với răng, tạo nên truyền – bánh Như trục vít (đóng vai trị chủ động ) quay, êcu chuyển động tịnh tiến, bánh quay theo (đóng vai trò bị động) Hộp cấu lái Ổ bi tiếp xúc góc Ê cu Trục vít Trục vành rẻ quạt Vành rẻ quạt Bi 76 Hình 8.4 Cơ cấu lái trục vít êcu bi - bánh Trục vít đặt hai ổ bi cầu điều chỉnh nhờ êcu Các viên bi nằm hai nửa rãnh trục vít êcu Nhờ viên bi lăn rãnh nên giảm ma sát đáng kể cấu Các viên bi hoạt động theo vịng kín nhờ rãnh dẫn bi Kết cấu trục vít êcu bi có độ bền cao khơng phải điều chỉnh Thanh mặt ngồi êcu ăn khớp với bánh Các chế tạo không đều, đầu to đầu nhỏ Bánh chế tạo liền trục có số lượng ít, profin thân khai, thẳng dạng côn Nhờ cấu tạo bánh côn ngược chiều nên sau cấu bị mòn cho phép điều chỉnh khe hở Trục bánh đặt hai ổ bi kim nằm vỏ nắp Đầu trục bánh có xẻ rãnh để đặt bulơng tỳ lên trục Êcu hãm nằm nắp cố định vị trí trục bị động Nhờ kết cấu điều chỉnh ăn khớp bánh Đầu ngồi trục bị động có then tam giác dạng để lắp với địn quay dẫn động lái Toàn cấu làm việc dầu 8.3 DẪN ĐỘNG LÁI Dẫn động lái bánh xe dẫn hướng gọi “dẫn động lái” Dẫn động lái kết hợp nối tay đòn để truyền chuyển động cấu lái tới bánh xe dẫn hướng Thanh dẫn động lái phải truyền xác chuyển động vơ lăng lên bánh trước chúng chuyển động lên xuống xe chạy Có nhiều loại dẫn động lái kết cấu khớp nối thiết kế để thực yêu cầu 8.3.1 Kết cấu Để thỏa mãn điều kiện không bị trượt bánh xe sau tâm quay vịng phải nằm đường kéo dài tâm cầu sau, mặt khác bánh xe dẫn hướng phải quay theo góc α (đối với bánh xe ngoài); β (đối với bánh xe trong) Quan hệ hình học xác định theo biểu thức: cotgα ∙cotgß = B/L Trong đó: 77 B- Khoảng cách hai đường tâm trụ đứng mặt phẳng qua tâm trục bánh xe song song với mặt đường L- Chiều dài sở xe Hình 8.5 Cơ cấu khâu có dầm cầu liền a Địn ngang liên kết nằm sau dầm cầu b Đòn ngang liên kết nằm trước dầm cầu 8.3.2 Động học hình thang lái Để đảm bảo điều kiện này, xe sử dụng cấu bốn khâu có tên hình thang lái Đantơ Cơ cấu bốn khâu đặt cầu trước có dầm cầu liền có hai dạng Cấu tạo chúng bao gồm: dầm cầu cứng đóng vai trị khâu cố định, hai đòn bên dẫn động bánh xe, đòn ngang liên kết hai đòn bên khớp cầu (rơtuyn) Các địn bên quay xung quanh đường tâm Hình 8.6 Cơ cấu địn ngang nối liên kết hệ thống treo độc lập a Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu b Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu 78 trụ đứng Khi đòn ngang liên kết nằm sau dầm cầu, phương pháp bố trí sau Trên hệ thống treo độc lập, số lượng đòn khớp tăng lên nhằm đảm bảo bánh xe dịch chuyển độc lập Số lượng đòn tăng lên tùy thuộc vào kết cấu cấu lái, vị trí bố trí cấu lái, khơng gian cho phép bố trí đòn, khớp, độ cứng vững kết cấu… đảm bảo quan hệ hình học Akerman, tức gần với cấu Đantô 8.4 TRỢ LỰC LÁI 8.4.1 Bố trí chung Trợ lực hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cường độ lao động người lái, giảm mệt mỏi xe hoạt động đường dài Ý nghĩa tác dụng xe không lớn lắm, nhiên xe cao tốc cần thiết bố trí trợ lực cịn nhằm nâng cao an tồn chuyển động có cố lớn bánh xe ( nổ lốp, hết khí nén lốp…) giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái Xe bố trí trợ lực lái dạng thủy lực với kết cấu gọn Hệ thống trợ lực lái hệ thống tự nhiên điều khiển, bao gồm: nguồn lượng (NNL), van phân phối (VPP) xilanh lực (XLL) Tùy thuộc vào việc xếp phận vào hệ thống lái chia ra:VVP, XXL đặt chung cấu lái - VPP nằm cấu lái, XLL nằm riêng - VPP, XLL đặt thành cụm, tách biệt với cấu lái - XLL nằm chung vơi cấu lái, VPP nằm riêng - VPP, XLL, cấu lái đặt riêng biệt với 8.4.2 Một số hệ thống lái trợ lực a Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực 79 Hinh 8.7 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực Hoạt động hệ thống lái có trợ lực sử dụng cơng suất động để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất thuỷ lực Khi xoay vô lăng, chuyển mạch đường dầu van điều khiển.Vì áp suất dầu đẩy pitông xy lanh trợ lực lái Lực cần đẩy vơ lăng để điều khiển giảm Chính phải thường xuyên kiểm tra dầu trợ lực lái b Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện Hinh 8.8 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực -điện EHPS Nhìn chung hệ thống lái có trợ lực sử dụng động để dẫn động bơm trợ lực tạo áp suất thuỷ lực EHPS hệ thống lái có trợ lực sử dụng mơ tơ để tạo áp suất thuỷ lực giảm lực cần thiết để điều khiển vơ lăng Do hệ thống giảm phụ tải động làm giảm nhiên liệu ECU kiểm sốt tốc độ mơtơ theo thơng số tốc độ xe góc quay vơ lăng 5.2.5 Hệ thống lái trợ lực phi tuyến tính 80 Hình 8.9 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực 81 ... với 8. 4.2 Một số hệ thống lái trợ lực a Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực 79 Hinh 8. 7 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực Hoạt động hệ thống lái có trợ lực sử dụng công suất động để dẫn động bơm trợ lực lái. .. khiển vô lăng Do hệ thống giảm phụ tải động làm giảm nhiên liệu ECU kiểm soát tốc độ môtơ theo thông số tốc độ xe góc quay vơ lăng 5.2.5 Hệ thống lái trợ lực phi tuyến tính 80 Hình 8. 9 Hệ thống lái. .. điện Hinh 8. 8 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực -điện EHPS Nhìn chung hệ thống lái có trợ lực sử dụng động để dẫn động bơm trợ lực tạo áp suất thuỷ lực EHPS hệ thống lái có trợ lực sử dụng mô tơ để