Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (2)

Xác định các kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay của bánh xe dẫn hướng.... Theo đó, hệ thống lái phải đáp ứng các yêu cầu sau: • Đảm bảo hiệu suất cao

KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ mạnh

mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản phẩm xe hơi, nó không những là phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó còn là tác phẩm thể hiện

sự tiện nghi và sang trọng chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, di cùng với nó là sự tiện nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và an toan khi điều khiển chính vì vậy, nhóm chúng em

đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng

em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên các dòng xe du lịch Hyundai đời mới

Đồng nai, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực hiện

Thập Hải Long

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ điện - Điện tử, trường đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp này Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hoàng Luân người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo chúng em trong quá trình học tập

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong năm vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn ông bà, cha mẹ đã luôn động viên ủng hộ vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua

Em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và ủng hộ của các anh chị bạn bè trong quá trình thực hiện khóa đề tài Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án trong phạm vi

và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý và tận tình chỉ bảo của quý thầy

cô và nhà trường!

Sinh viên thực hiện

Thập Hải Long

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 1

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 2

1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 4

2.1 Mô tả chung hệ thống lái 4

2.1.1 Công dụng 4

2.1.2 Các trạng thái quay vòng của xe 4

2.1.3 Phân loại hệ thống lái 5

2.1.4 Những yêu cầu của hệ thống lái ô tô 6

2.2 Các bộ phận hợp thành hệ thống lái 6

2.2.1 Vành lái 7

2.2.2 Trục lái 7

2.2.3 Cơ cấu lái 7

2.2.4 Góc đặt bánh xe 16

2.2.5 Dẫn động lái 22

2.2.6 Hệ thống lái có trợ lực 25

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI 27

3.1 Lựa chọn phương án thiết kế 28

3.1.1 Phương án dẫn động lái 28

3.1.2 Phương án cơ cấu lái 29

3.2 Tính toán động học hình thang lái 29

3.2.1 Xác định các kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay của bánh xe dẫn hướng 29

3.2.2 Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất 33

3.3 Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 37

3.3.1 Thông số hình học: 37

3.3.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi 37

3.3.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng–cung răng 42

3.3.4 Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái 46

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI 56

4.1 Đặc điểm của trợ lực lái 56

4.1.1 Các yêu cầu của trợ lực 56

4.1.2 Chọn loại trợ lực 56

4.2 Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái 57

4.2.1 Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái 57

4.3.1 Tính toán xylanh lực 64

4.3.3 Tính sơ bộ hành trình làm việc của piston 67

4.3.4 Xác định lưu lượng của bơm dầu 67

4.3.5 Tính toán các chi tiết của van phân phối 69

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI BẰNG PHẦN MỀM CARSIM 72

5.1 Cách khởi động carsim 72

5.2 Tạo dự liệu mới 72

5.3 Nhập thông số xe mô phỏng 73

5.4 Nạp dữ liệu cho carsim chạy 75

5.5 Video cho mô phỏng 76

5.6 Biểu đồ khảo sát hệ thống lái 76

5.7 Biểu đồ khảo sát vẽ trên Autocad 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Các trạng thái quay vòng của xe 5

Hình 2 2 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái 6

Hình 2 3 Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái 9

Hình 2 4 Cơ cấu lái trục vít chốt quay 11

Hình 2 5 Cơ cấu lái trục vít con lăn 12

Hình 2 6 Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng 14

Hình 2 7 Cơ cấu lái trục vít – cung rang 15

Hình 2 8 Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng 16

Hình 2 9 Góc nghiêng ngang của bánh xe 17

Hình 2 10 Góc nghiêng trụ đứng và chế độ lệch dọc 18

Hình 2 11 Góc nghiêng ngang trụ đứng 19

Hình 2 12 Độ chụm 20

Hình 2 13 Lực cản lăn và vị trí đặt của nó 21

Hình 2 14 Sự trượt bên khi quay vòng 22

Hình 2 15 Sơ đồ quay vòng 22

Hình 2 16 Quan hệ hình học của ACKERMAN 23

Hình 2 17 Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền 24

Hình 2 18 Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập 25

Hình 2 19 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng 25

Hình 2 20 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian 27

Hình 2 21 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng 27

Hình 3 1 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng 30

Hình 3 2 Sơ đồ động học quay vòng xe có hai bánh dẫn hướng phía trước 30

Hình 3 3 Đồ thị đặc tính hình học hình thang lái 33

Hình 3 4 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái và đặt bánh xe dẫn hướng 34

Hình 3 5 Lực ngang Y do lốp xe có tính đàn hồi khi chịu mômen quay vòng 34

Hình 3 6 Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái 37

Hình 3 7 Hệ thống lái trục vít - êcu- bi-thanh răng, cung răng 38

Hình 3 8 Các thông số của trục vít - êcu- bi 39

Hình 3 9 Cơ cấu lái liên hợp 42

Hình 3 10 Sơ đồ lực tác dụng lên đòn kéo ngang hình thang lái 51

Hình 3 11 Biểu đồ mômen uốn của đòn bên 53

Hình 3 12 Sơ đồ kết cấu khớp cầu (Rotuyl) 54

Hình 4 1 Bộ trợ lực lái bố trí cơ cấu lái van phân phối và xilanh lực thành một cụm 58

Hình 4 2 Bộ trợ lực bố trí cơ cấu lái riêng xilanh lực và van phân phối thành một cụm 58

Hình 4 3 Trợ lực bố trí van phân phối cơ cấu lái thành cụm tách biệt với xilanh lanh lực 59

Hình 4 4 Bộ trợ lực bố trí van phân phối, cơ cấu lái, xilanh lực nằm riêng rẽ với nhau 60

Hình 4 5 Khi xe thẳng 62

Hình 4 6 Khi xe quay sang phải 63

Hình 4 7 Khi xe quay sang trái 63

Hình 4 8 Xylanh lực 66

Hình 4 9 Thanh xoắn 71

Hình 5 1 Khởi động carsim và chọn dòng xe 72

Hình 5 2 Thông số dữ liệu xe santafe 73

Hình 5 3 Nạp dữ liệu cho video mô phỏng 75

Hình 5 4 Chuyển động học cho 2 bánh xe 76

Hình 5 5 Đồ thị đặc tính động học hình thang lái 77

Hình 5 6 Góc của vô lăng 77

Hình 5 7 Góc của bánh xe 78

Hình 5 8 Trạm tại điệm xuất phát 78

Hình 5 9 Chiều dài tăng tốc của xe 79

Hình 5 10 Đồ thị đặc tính trợ lực 79

Hình 5 11 Sơ đồ đặc tính động học hình thang lái lý thuyết và thực tế 80

Hình 5 12 Van phân phối, cơ cấu lái, xi lanh lực đặt trong cùng 1 cụm 80

Hình 5 13 Van phân phối, xylanh lực đặt trong 1 cụm, cơ cấu lái đặt riêng 1 cụm 81

Hình 5 14 Cơ cấu lái, van phân phối đặt trong 1 cụm, xylanh lực đặt riêng 81

Hình 5 15 Van phân phối, cơ cấu lái, xylanh lực đặt riêng 82

DANH MỤC BẢNG Bảng 3 1 Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết 30

Bảng 3 2 Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết 31

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây Nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô

chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, di cùng với nó là sự tiện nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và

an toan khi điều khiển

Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an toàn của một chiếc xe Chính vì vậy, nhóm chúng em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên dòng xe 7 chỗ Hyundai

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ điều khiển tinh vi, các rô bốt công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành công nghệ ô tô đang có những bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, công nghệ khoa học, vật liệu mới Xe ngày nay được sử dụng ở tốc độ cao, tải trọng lớn cho nên vấn đề về an toàn chuyển động đang được rất nhiều các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại các nước có ngành công nghệ ô tô hoàn chỉnh như Mỹ, Tây Âu và Nhật bản đầu tư nghiên cứu

Trong hệ thống của một chiếc xe, hai hệ thống quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái và hệ thống phanh Trong những năm gần đây có hàng trăm những công trình công bố nhằm hoàn thiện hệ thống lái, các công trính đa số được tập trung tại các lĩnh vực là động học và động lực học của hệ thống lái bốn bánh(4WS) nhằm tăng tính cơ động và hoàn thiện của hệ thống lái Tác giả Samkr Moham USA vào tháng 6 năm 2000 đã công bố công trình về loại xe có hệ thống lái

ở cả 4 bánh Nhiều nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu về hệ thống điều

khiển cho các loại xe có hệ thống lái 4 bánh Các trung tâm khoa học lớn ở Mỹ, Tây

Âu, Nhật bản hiện cũng đang có nhiều nỗ lực nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến cải tiến của hệ thống lái

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống lái được đưa vào ứng dụng hiệu quả, ngày càng được cải tiến và tối

ưu hóa quá trình điều khiển của hệ thống Trong các nghiên cứu trong những năm gần đây cũng đã có một số cán bộ khoa học công nghệ đi sâu nghiên cứu các hệ thống

ô tô đặc biệt là hệ thống lái và hệ thống phanh Việt nam chúng ta cũng đang trong giai đoạn lắp ráp IKD và tiến hành chương trình nội địa hóa các cụm chi tiết và phụ tùng GS.TSKH Đỗ Sanh cũng lãnh đạo một nhóm nghiên cứu về động học, động lực học trong đó có một phần nghiên cứu về động học quay vòng xe ở tốc độ cao PGS

TS Nguyễn Khắc Trai trong luận án của mình cũng nghiên cứu sâu về lý thuyết quay vòng Thạc sỹ Nguyễn Thanh Quang với đề tài nghiên cứu động học, Động lực học

và độ bền của hệ thống lái trên xe MêKong Star Thạc sỹ Vũ Cao Điền với đề tài tính toán ổn định lật cho xe tải nhỏ bằng đồ thị quỹ đạo pha của hệ thống lái Thạc sỹ Nguyễn Hồng Vũ với đề tài tính toán động lực học quay vòng cho bánh xe dẫn hướng

1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu cơ bản về lý thuyết, tính toán và thiết kế hệ thống lái cho xe tải cụ thể là Huyndai satafe 7 chỗ Nội dung của luân văn còn có thể làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu học tập cho các đối tượng là sinh viên, học sinh chuyên ngành là cơ khí công nghệ ô tô

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở các nội dung sau:

- Phân tích lựa chọn phương án thiết kế

- Tính toán hệ thống lái trên xe tải, xe tham khảo là Huyndai satafe 7 chỗ

- Thiết kế hệ thống lái

- Mô phỏng các thông số trên phần mềm Carsim

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

2.1 Mô tả chung hệ thống lái

2.1.1 Công dụng

Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của xe bằng cách quay các bánh xe dẫn hướng, cũng như duy trì hướng chuyển động thẳng hoặc cong của xe khi cần thiết

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vô lăng nhận lực tác động từ người lái và truyền cho hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô lăng đến cơ cấu lái cơ cấu lái tăng mômen Men được truyền từ vô lăng đến các thanh lái, các thanh lái truyền chuyển động của cơ cấu lái đến các bánh bị dẫn Cơ cấu lái phụ thuộc vào kết cấu chung của xe và từng loại xe

Để quay đầu xe, người lái xe phải tác động lực vào vô lăng Đồng thời cần có phản lực sinh ra từ mặt đường lên bề mặt vuông góc với bánh xe Để quay đúng cách, các

bánh dẫn hướng phải quay ngay lập tức quanh tâm quay khi quay

2.1.2 Các trạng thái quay vòng của xe

Chuyển động và chuyển hướng của xe trên đường là một quá trình phức tạp Khi xe đang di chuyển trên đường vòng với tốc độ thấp, ở mỗi vị trí sẽ có một góc quay nhất định của vô lăng v1 Ô tô sẽ quay đầu lại với bán kính quay vòng tương ứng R0 Đây

có thể coi là trạng thái quay tĩnh (quay đủ)

Trong thực tế, xe thường di chuyển với tốc độ cao nên quá trình quay vòng là động,

ít khi xảy ra trạng thái quay đầu mà thường xảy ra trạng thái lăn bánh trên cơ sở thay đổi tốc độ di chuyển, độ đàn hồi của lốp và hệ thống treo

Trong một khúc cua ngắn, để xe uốn cong theo bán kính R0, người lái xe phải tăng góc đánh lái một giá trị.𝛿v1 Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng 𝜕v1

Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những điều kiện vào cua nguy hiểm, làm mất

ổn định khả năng kiểm soát và ổn định của xe vì chúng làm tăng lực ly tâm (tốc độ quay của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi vòng / phút tăng lên) Ở những trạng thái này, người lái xe phải có kinh nghiệm lái xe tốt Vấn đề về tải trọng, độ đàn hồi của

lốp cũng ảnh hưởng đến hiệu suất vào cua và độ an toàn khi di chuyển của xe, đặc biệt là đối với những xe chạy tốc độ cao

Hình 2 1 Các trạng thái quay vòng của xe

2.1.3 Phân loại hệ thống lái

Có một số cách phân loại hệ thống lái của ô tô:

- Cách 1: Phân loại theo phương pháp lái

+ Dẫn động hai cầu trên cầu trước (2WS)

+ Dẫn động bốn bánh (4WS)

- Cách 2: Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền động

+ Hệ thống lái cơ khí;

+ Cơ cấu lái trợ lực bằng khí nén hoặc chân không;

+ Cơ khí lái có trợ lực thủy lực;

+ Tay lái trợ lực điện

- Cách 3: Phân loại theo cấu tạo của cơ cấu lái

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít glôbôit – con lăn;

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít – ê cubi – thanh răng- cung răng;

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng;

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng

Ngoài ra còn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng- cung răng…

- Cách 4: Phân loại theo cách bố trí vành lái

+ Bố trí vành lái bên trái ( theo luật đi đường bên phải);

+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái)

2.1.4 Những yêu cầu của hệ thống lái ô tô

Một trong những hệ thống quyết định sự an toàn và ổn định chuyển động của ô tô là

hệ thống lái Theo đó, hệ thống lái phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Đảm bảo hiệu suất cao của ô tô có nghĩa là xe quay vòng nhanh và chặt chẽ trong thời gian rất ngắn trên một bề mặt rất nhỏ;

• Lực tác dụng lên vô lăng nhẹ, vô lăng đặt ở vị trí thuận lợi cho người lái;

• Đảm bảo rằng chuyển động lái chính xác để các bánh xe không bị trượt khi quay;

• Hệ thống lái có trợ lực phải linh hoạt để đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ giữa hoạt động của hệ thống lái và chuyển động quay của vô lăng;

• Tránh chơi giữa bánh lái và vô lăng;

• Cơ cấu lái phải được bố trí trong bộ phận được treo sao cho kết cấu của hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học lái;

• Giữ chuyển động thẳng ổn định;

• Hệ thống lái phải được bố trí thuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa

2.2 Các bộ phận hợp thành hệ thống lái

Hình 2 2 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái

1 Vành lái 4 Đòn quay đứng 7 Đòn quay ngang

2 Trục lái 5 Đòn kéo dọc 8 Trụ xoay đứng

1 2 3

4 5 6

7

9 8

5 Đòn kéo dọc 6 Hình thang lái 9 Bánh xe

2.2.1 Vành lái

Vành lái có dạng vành tròn Lực của người lái lên vô lăng tạo ra mô men xoắn để hệ thống lái hoạt động Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái

Mv1=P1.rv1

Trong đó:

Mv1: mô men vành lái

P1: lực mà người lái tạo ra trên vành lái

Trục lái thường có hai loại: trục lái có thể thay đổi góc nghiêng và trục lái không thể thay đổi góc nghiêng

Ngoài cơ cấu hấp thụ chấn động trên trục lái chính, còn có thể có thêm một số cơ cấu hoạt động như: cơ cấu khóa lái để khóa trục lái, cơ cấu lái nghiêng để điều chỉnh

vị trí của tay lái tùy theo hướng của trụ lái Vị trí thẳng đứng phù hợp với người lái,

hệ thống trượt của trục lái để điều chỉnh vị trí của trục lái theo phương thẳng đứng theo người lái, trục lái để có thể điều chỉnh độ dài của trục lái và có được vị trí lái xe

tốt nhất cho người lái

2.2.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là một bộ giảm tốc cung cấp sự gia tăng mô-men xoắn của động cơ từ người lái đến vô lăng Tỷ số truyền hộp số lái thường là 18 đến 20 đối với ô tô con

và 21 đến 25 đối với ô tô tải

Các yêu cầu đối với cơ cấu lái

Bộ lái phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Có thể quay theo cả hai hướng để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe;

• Hiệu quả cao khi đánh lái nhẹ, trong đó hiệu quả về phía trước lớn hơn so với khi lùi, do đó các tác động mặt đường phần lớn được giữ lại trong quá trình lái;

• Đảm bảo thay đổi tỷ số truyền nếu cần;

• Điều chỉnh đơn giản khi chơi tương tác với bánh lái;

• Độ trượt của cơ cấu lái là tối thiểu;

• Đảm bảo cấu trúc đơn giản nhất, giá thấp nhất và tuổi thọ lâu dài;

• Chiếm ít không gian và dễ lắp ráp

Tính đàn hồi của hệ thống lái ảnh hưởng đến việc truyền các chấn động từ mặt đường đến vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì tác động truyền đến vô lăng càng ít, nhưng nếu

độ đàn hồi quá lớn sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe Tính đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số giữa chuyển động quay đàn hồi tính toán trên vô lăng và mômen quay trên vô lăng Tính đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào tính đàn hồi của các yếu tố như cơ cấu lái, các đòn bẩy điều khiển

- Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng

𝑖𝑐 = 𝑑

𝑑Ω =

𝑤

𝑤Ω

𝑑, 𝑤: góc quay của vô lăng

𝑑Ω, 𝑤Ω:góc quay của trục đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái cung cấp mômen xoắn tăng từ vô lăng đến các bánh dẫn hướng Tỷ số truyền lớn giúp giảm lực đánh lái nhưng người lái phải bẻ lái nhiều hơn khi rẽ

Hình 2 3 Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở 1-2 vòng quay của vô lăng, vô lăng nên quay tối đa 35 độ đến 45độ từ vị trí trung gian trở đi Quy luật thay đổi tỷ

số truyền phù hợp nhất được thể hiện trong sơ đồ hình 3

Trong khoảng góc quay θ ≤ π⁄2, tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị lớn nhất để đảm bảo độ chính xác lớn khi điều khiển xe trên đường thẳng đường ở tốc độ cao và giúp đánh lái êm ái vì hầu hết thời gian lái xe liên quan đến việc xoay vô lăng ở một góc nhỏ xung quanh vị trí giữa Ngoài việc đánh lái nhẹ, cơ cấu lái biến thiên theo tỷ lệ như vậy làm giảm ảnh hưởng của các cú sốc từ bánh xe dẫn hướng lên vô lăng Khi θ≥π⁄2, ic giảm rất nhanh, ở hai cạnh của đồ thị, ic thay đổi rất ít Lúc này, khi bạn bẻ lái ở góc nhỏ thì bánh dẫn hướng sẽ quay theo góc lớn giúp khả năng chuyển hướng của xe tốt hơn

 Tỷ số truyền dẫn động lái (id);

Tỷ số truyền phụ thuộc vào kích thước và mối quan hệ của các đòn bẩy Trong quá trình quay của bánh xe dẫn hướng, giá trị của các đòn bẩy sẽ thay đổi Trong kết cấu hiện tại, id không thay đổi nhiều: id = 0,9 ÷ 1,2

 Tỷ số truyền lực hệ thống lái (il);

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực tác dụng lên bánh lái cần thiết để thắng lực cản quay

𝑖𝑙 =𝑝𝑐

𝑝𝑙 ; pc =Mc

c ; pl =Ml

r Trong đó:

pc: lực cản quay tác dụng lên bánh xe dẫn hướng;

pl: lực tác dụng vào vô lăng;

Mc: momen cản quay bánh xe;

c: khoảng cách từ tâm của lốp xe đến trục đứng thắng kéo dài;

Ml: momen lái đặt lên vành lái;

r: bán kính vành tay lái

Ta có: 𝑖𝑙 =𝑀𝑐

𝑐 × 𝑟

𝑀𝑙 Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là 200/250 (mm) và tỷ số truyền góc ig

không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng 10/30

- Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch

Hiệu suất thuận là hiệu suất của lực truyền từ trục truyền động xuống đáy Hiệu suất

về phía trước càng cao, tay lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái, yêu cầu hiệu suất thuận cao

Hiệu suất nghịch là hiệu suất của lực truyền từ đòn dọc đến trục động cơ Nếu hiệu suất lùi rất thấp, các lực tác động lên hệ thống chuyển động của xe sẽ không được truyền đến vô lăng vì chúng bị hủy bỏ do ma sát trong cơ cấu lái Nhưng không thể

vì thế mà giảm quá hiệu quả của việc lùi xe, vì khi đó tay lái sẽ không thể trở về vị trí ban đầu và ở một mức độ nào đó sẽ hạn chế tác động của mặt đường lên hệ thống lái được thiết kế với một số hiệu quả nghịch đảo

- Loại cơ cấu lái thường dùng

1 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Cơ cấu lái gồm 2 loại:

+ Cơ cấu lái trục vít và 1 chốt quay;

+ Cơ cấu lái trục vít và 2 chốt quay

Hình 2 4 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Ưu điểm:

 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 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:

2

2 .

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

2 Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất Cơ cấu lái gồm trục vít glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng 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 tùy theo lực truyền qua cơ cấu lái

Hình 2 5 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 Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren;

 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  7(mm), 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 công thức:

1

2 .

c

r i

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

3 Cơ cấu lái 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 Điều chỉnh các ổ này dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh

xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng

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

 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

Hình 2 6 Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

4 Cơ cấu lái trục vít cung răng

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng

Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03 mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6 mm ở vị trí hai bên rìa Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2 Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1 từ nắp trên của vỏ

Ưu điểm:

 Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít bánh răng Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn

Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định theo công thức:

0

2 .

c

r i

t



 Trong đó:

r0: Bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng; t: Bước trục vít

Hình 2 7 Cơ cấu lái trục vít – cung rang

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi Hiệu suất thuận khoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4 Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại ôtô khác nhau

5 Cơ cấu lái trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng

Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít êcu có rãnh tròn

có chứa các viên bi lăn trong rãnh 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

Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị không đổi và được xác định theo công thức:

0

2 .

c

r i

t



 Trong đó:

r0: Bán kính ban đầu của cung răng;

t: Bước của trục vít

Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85 Do hiệu suất nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặng nhọc, nhưng nó có khả năng làm cho ôtô chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đó làm bánh xe phải quay vòng

Hình 2 8 Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng

1 Vỏ cơ cấu lái 6 Phớt

2 Ổ bi dưới 7 Đai ốc điều chỉnh

Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ,

ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn)

Nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:

 Khó lái;

 Tính ổn định lái kém;

 Trả lái trên đường vòng kém;

 Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh)

- Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)

Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber và đo bằng độ Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc “Camber dương” và ngược lại gọi là góc

“Camber âm” Bánh xe không nghiêng thì Camber bằng không (bánh xe thẳng đứng)

+ Chức năng của góc Camber:

 Những năm về trước bánh xe được đặt với góc Camber dương để cải thiện độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng lượng của xe) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do có phần giữa cao hơn hai bên;

 Góc camber còn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập của mép lốp với mặt đường Khi góc Camber bằng không hoặc gần bằng không có ưu điểm là khi đi trên đường vòng bánh xe nằm trong vùng có khả năng truyền lực dọc và lực bên tốt nhất;

Hình 2 9 Góc nghiêng ngang của bánh xe

 Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước Đồng thời giảm cánh tay đòn của

phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để là giảm mô men tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái

 Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thường âm

- Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster)

Hình 2 10 Góc nghiêng trụ đứng và chế độ lệch dọc

Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ đứng Nó được đo bằng độ và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau thì gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm

Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster C

+Chức năng của góc Caster:

 Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi

xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb;

 Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:

M=Yb.c

 Mô men này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó

bị lệch khỏi vị trí này Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục mô men này Vì vậy, góc Caster thường không lớn Mô men này phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 00 đến 30

- Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)

Góc nghiêng ngang trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng

+ Chức năng của góc Kingpin:

 Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quanh trụ đứng,

nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng nằm ngang của bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm của vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái Do vậy giá trị của r0

có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r0 là tạo Camber dương và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo góc KingPin;

sang một phía có phản lực lớn hơn Các va đập từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và bị đẩy ngược lại;

 Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng Tức là khi quay vòng, quay

vô lăng để quay vòng xe, người lái phải tăng lực đánh lái, nếu bỏ lực tác dụng lên vô lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri đi thẳng) Để giữ cho

xe quay vòng thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất định nào đó Vấn

đề trở về vị trí thẳng sau khi quay vòng là do có mômen phản lực (gọi là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe Giá trị của mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin

- Độ chụm và độ mở (góc doãng)

Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe

Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B - A Kích thước B, A được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng Độ chụm là dương nếu B - A > 0, là âm nếu B - A < 0

Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành tay lái Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng hoàn toàn

Hình 2 12 Độ chụm

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Lực Pf này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mô men quay với tâm trụ quay đứng Mô men này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau Để lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm ∆ = B – A dương Với góc ∆ như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái

Hình 2 13 Lực cản lăn và vị trí đặt của nó

Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về phía trước Bởi vậy góc ∆ giảm Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ của động cơ đột ngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt ∆ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không

- Bán kính quay vòng (góc bánh xe, bán kính quay vòng)

Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe

Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì các thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán kính quay vòng mong muốn

Hình 2 14 Sự trượt bên khi quay vòng

Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe quay với bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra một lực ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm Lực này là lực hướng tâm Lực hướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và mặt đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng

Hình 2 15 Sơ đồ quay vòng

2.2.5 Dẫn động lái

Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của bánh

xe Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:

 Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng;

 Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng;

 Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi vô lăng quay vòng một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định Hình thang lái có thề bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí chung

Quan hệ hình học ACKERMAN:

Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đường kéo dài của tâm trục cầu sau

Hình 2 16 Quan hệ hình học của ACKERMAN

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu) phải quay vòng theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu thức sau:

Cotgβ – Cotgα = 𝐵0

𝐿 Trong đó:

L: chiều dài cơ sở của xe;

B0: khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường;

α, β: góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài

Để đảm bảo điều kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu lái hình thang lái 4 khâu gọi là hình thang lái Đantô Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, xong

do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến Mỗi một chủng loại xe có kích thước

và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái

4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hướng lớn Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp

Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thang lái Đantô như sau:

Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh xe,đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu ( rotuyl lái ) Các đòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng ( Hình 2.17)

v

b) a)

v

Hình 2 17 Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền

a) Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền b) Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau

Số lượng các đòn tăng lên tùy thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô Hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình

ở hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình 2.18

Hình 2 18 Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

a Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu

b Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu

Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô

Hình 2 19 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng

Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong khoảng từ 0.85 đến 1.1

2.2.6 Hệ thống lái có trợ lực

- Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái Trên

xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái Ngoài ra 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

Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái

- Phân loại hệ thống trợ lực lái

Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:

 Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến;

 Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh

Dựa vào vị trí của van phân phối và xy lanh lực:

 Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái;

 Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng;

 Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn kéo Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai

- Nguyên lý trợ lực lái

Trợ lực lái là một thiết bị thủy lực sử dụng công xuất của động cơ để giảm nhẹ lực lái Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu

- Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng)

Hình 2 20 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian

Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào

- Khi quay vòng

Hình 2 21 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng

Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van điều khiển cũng di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn Vì vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu được tạo ra Như vậy tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston Sự chênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển về bơm

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI

Các thông số của xe thiết kế santaf

3.1 Lựa chọn phương án thiết kế

Hỗ trợ khí nén sử dụng sức mạnh của khí nén trong ô tô Nguồn khí nén trên xe có áp

suất tối đa là 10 bar Do đó, kích thước của xylanh lực và van điều khiển thường lớn, khó bố trí trên xe và chủ yếu làm chậm tác dụng của cơ cấu Vì vậy, hiện nay hệ thống

lái trợ lực khí nén ít được sử dụng

3.1.1 Phương án dẫn động lái

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái DANTO, bao gồm trục trước, thanh kéo ngang và các đòn kéo bên Chuyển động quay của ôtô rất phức tạp, việc đảm bảo quan hệ động học của bánh xe trong và bánh ngoài khi quay vòng là một điều rất khó thực hiện Hiện tại người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng

hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái Với những xe được thiết kế

với hệ thống treo phụ thuộc, vì vậy, hãy chọn phương án dẫn động lái với Danto

29

3.1.2 Phương án cơ cấu lái

Dựa trên những ưu điểm đã trình bày trong phần tổng quan về cơ cấu lái, chúng tôi chọn phương án cho cơ cấu lái là loại trục vít - êcu bi - cung răng

Cơ cấu lái kiểu này có ưu điểm là hiệu suất cao (0,65 - 0,7), độ bền cao, dễ phối hợp với van phân phối và xi lanh của bộ trợ lực thủy lực và hệ thống lái (4 khâu)

3.2 Tính toán động học hình thang lái

Nhiệm vụ của tính toán động học lái là xác định các thông số tối ưu của hình thang

lái, cung cấp động học quay của các bánh xe dẫn hướng

3.2.1 Xác định các kích thước hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay của bánh xe dẫn hướng

- Xây dựng quan hệ lý thuyết

Theo lý thuyết về vòng quay, hệ thống lái phải cung cấp mối quan hệ gần đúng giữa chuyển động quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong đối với tâm quay Theo chương trình tính toán và thiết kế máy kéo, mối quan hệ này được biểu thị theo công thức sau:

L

B g

 : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài

 : là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong

Khi xe đi thẳng thì đòn bên tạo với nhau một góc bằng  Khi xe quay đầu với các bán kính quay vòng khác nhau nhưng quan hệ giữa  và  giữ nguyên như công thức trên thì xe trượt bánh xích Danto không thể thỏa mãn hoàn toàn Tuy nhiên, người ta

có thể chọn cơ cấu thang lái sao cho độ lệch so với quan hệ lý thuyết nằm trong giới hạn cho phép, tức là độ lệch so với góc quay thực tế và lý thuyết là lớn nhất ở góc quay lớn vượt quá 1,5 độ

n

C

B



Hình 3 1 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng

Khi xe quay đầu để đảm bảo các tay lái không bị trượt hoặc trượt thì đường vuông góc với vectơ vận tốc của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, tức là tâm quay của hình chụp rẽ của xe (điểm 0 trên hình 3.2)

Hình 3 2 Sơ đồ động học quay vòng xe có hai bánh dẫn hướng phía trước

Thay các giá trị tương ứng ta có bảng sau (đơn vị đo góc là độ):

Bảng 3 1 Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết

R s

0





Hình thang lái Đantô là cơ cấu đảm bảo gần đúng quan hệ của công thức trên Khi cho trước các kích thước B0,L.,m,n,

thì quan hệ  ,  được xác định nhờ công thức sau:

 

0 2

2

0 2

0

sin.2sin.2sin

.arcsin

sin

cos

B m

B m m

B

m

Theo quan hệ này khi biết trước một góc  nào đó thì ứng với mỗi giá trị của góc 

ta sẽ có một giá trị của  Nghĩa là hàm số  = f(,) sẽ biểu thị được đường cong đặc tính thực tế của hình thang lái Vấn đề đặt ra là phải chọn các thông số hình thang lái sao cho hợp lý để sự sai khác giữa đường cong đặc tính của hình thang lái so với đường đặc tính lý thuyết là nhỏ nhất

Dùng phương pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đường đặc tính hình thang lái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ  = f(,)

42,02620.7,0.2

1540

7,0.2)90(cot

Dựa vào công thức ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái thực tế ứng với mỗi giá trị của góc  Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc  để so sánh Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây:

Dựa vào các số liệu trong bảng trên ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hình thang lái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ

Bảng 3 2 Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết