Đồ án hệ thống lái trợ lực thủy lực trên xe toyota corolla altis 2.0

hệ thống lái trợ lực thủy lực trên xe toyota corolla altis 2.0 nghiên cứu chung về hệ thống lái trên xe ô tô và tính toán thiết kế của xe toyota corolla altis 2.0. tài liệu gồm Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI, Chương II HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC TRÊN XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0, Chương III TÍNH TOÁN KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI, Chương IV NHỮNG HƯ HỎNG, CÁCH BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 và bản vẽ cad 2d về hệ thống lái

2

MỤC LỤC

Lời nói đầu 6

Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 9

1.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 9

1.2 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI 10

1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống lái 10

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống lái 10

1.2.3 Phân loại hệ thống lái 11

1.3 CÁC SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LÁI 13

1.3.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 13

1.3.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 14

1.4 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÁI 15

1.4.1 Trục lái 15

1.4.2 Cơ cấu lái 16

1.4.3 Dẫn động lái 20

1.5 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG LÁI 22

1.5.1 Tỉ số truyền của hệ thống lái 22

1.5.2 Điều kiện không trượt khi quay vòng 25

1.5.3 Góc đặt bánh xe 27

Chương II HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC TRÊN XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 38

2.1 GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 38

2.2 CẤU TẠO HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 39

2.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 40

2.4 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG LÁI TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 44

2.5 KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 46

2.5.1 Vành tay lái 46

3

2.5.2 Trục lái và trục các đăng 48

2.5.3 Cơ cấu lái 49

2.5.4 Dẫn động lái 51

2.5.5 Bơm trợ lực lái 51

Chương III TÍNH TOÁN KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI 54

Các thông số cơ bản của xe du lịch TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0: 54 Thông số hệ thống lái: 54

Xác định mômen cản quay vòng: 54

Mômen cản M1 55

Mômen cản M2 do sự trượt bên của bánh xe trên mặt đường: 56

Mômen ổn định ở các bánh xe: 57

Hiệu suất dẫn động của trụ đứng và hình thang lái: 57

Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái: 58

Tính toán cường hóa lái: 58

Lực đặt lên vành tay lái để gài trợ lực: 59

TÍNH TOÁN XI LANH LỰC 60

Xác định đường kính trong của xilanh lực và đường kính cần piston 60 Chọn đường kính ngoài và kiểm bền xilanh lực: 61

Xác định năng suất của bơm: 62

Chương IV NHỮNG HƯ HỎNG, CÁCH BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 64

4.1 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP 64

4.2 KIỂM TRA, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 65

4.2.1 Kiểm tra điều chỉnh độ rơ vành tay lái 65

4.2.2 Kiểm tra hiện tượng tay lái nặng 67

4.2.3 Sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 67

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Phương pháp quay vòng xe cơ giới 10

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 13

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 14

Hình 1 4 Cấu tạo chung của trục lái 15

Hình 1 5 Sơ đồ cơ cấu lái trục vít – cung răng 16

Hình 1 6 Sơ đồ cơ cấu lái trục vít – con lăn 17

Hình 1 7 Sơ đồ cơ cấu lái trục vít – đòn lắc 18

Hình 1 8 Sơ đồ cơ cấu lái kiểu trục vít - ê cu – bi - cung răng 18

Hình 1 9 Hộp số lái bánh răng - thanh răng 19

Hình 1 10 Cấu tạo hình thang lái điển hình 20

Hình 1 11 Kết cấu của thanh nối bên 21

Hình 1 12 Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang 24

Hình 1 13 Các giai đoạn của quá trình quay vòng 25

Hình 1 14 Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng 26

Hình 1 15 Sơ đồ động học của xe ôtô 26

Hình 1 16 Các yếu tố góc đặt bánh xe 27

Hình 1 17 Góc camper 28

Hình 1 18 Tác dụng của góc camper dương 29

Hình 1 19 Tác dụng của góc camper âm 30

Hình 1 20 Góc caster và khoảng caster 31

Hình 1 21 Góc caster dương và âm 32

Hình 1 22 Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster 32

Hình 1 23 Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster 33

Hình 1 24 Góc kingpin 34

Hình 1 25 Giảm lực đánh lái 35

Hình 1 26 Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía 35

Hình 1 27 Độ chụm độ choãi 36

Hình 1 28 Góc quay vòng 37

Hình 2 1 Xe TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 38

Hình 2 2 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái 40

Hình 2 3 Van xoay ở vị trí trung gian 41

Hình 2 4 Van hoạt động quay trái 42

Hình 2 5 Van hoạt động quay phải 43

Hình 2 6 Vành tay lái 46

Hình 2 7 Hình ảnh chụp tổng thể vành tay lái 46

Hình 2 8 Túi khí an toàn 47

Hình 2 9 Kết cấu trục lái 48

5

Hình 2 10 Hình ảnh tổng thể của trụ lái 49

Hình 2 11 Kết cấu van phân phối 50

Hình 2 12 Kết cấu thanh răng 51

Hình 2 13 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên 51

Hình 2 14 Kết cấu bơm trợ lực lái loại cánh bơm cánh gạt 52

Hình 3 1 Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng 55

Hình 3 2 Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng 56

9

Chương I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Để đảm bảo an toàn khi ô tô chuyển động trên đường, người vận hành phải có kinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác đó Mặt khác, để thuận tiện cho người vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ô tô đảm bảo tính năng an toàn cao Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ô tô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ô tô khi cần thiết

Việc điều khiển chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành tay lái tiếp nhận lực tác dụng của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vôlăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành tay lái tới các thanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe

Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng sửa chữa Muốn làm tốt việc đó thì người cán bộ kĩ thuật cần phải nắm vững kết cấu và nguyên lí làm việc của các bộ phận của hệ thống lái

Đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0 mong muốn đáp ứng một phần nào mục đích đó Nội dung của đề tài

đề cập đến các vấn đề sau:

-Cấu tạo và nguyên lí làm việc của hệ thống lái

-Kết cấu các bộ phận trong hệ thống lái

-Tính toán kết cấu trong hệ thống lái

-Quy trình tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa hệ thống lái

10 Các nội dung trên được trình bày theo mục, nhằm mục đích nghiên cứu kết cấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu chung của các chi tiết cũng như từng cụm chi tiết

Đề tài này còn có thể giúp các cơ sở hình thành các tài liệu giảng dạy, đào tạo nghề và giúp cho các bạn đọc hiểu biết thêm về hệ thống lái của ô tô Đặc biệt là ô tô TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0

1.2 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI

1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống lái

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô chuyển động theo một quỹ đạo xác định nào đó 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

Hình 1 1 Phương pháp quay vòng xe cơ giới

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái phải đảm bảo yêu cầu sau:

+ Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diện tích bé

11 + Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng tránh trượt lê gây mòn lốp

+ Điều khiển lái nhẹ nhàng thuận tiện

+ Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vành 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

+ Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều khiển được xe

1.2.3 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

12

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

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

13

1.3 CÁC SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LÁI

1.3.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

Với hệ thống treo phụ thuộc, cả hai bánh xe được đỡ bằng một hộp cầu xe hoặc dầm cầu xe, vì thế cả hai bánh xe sẽ cùng dao động với nhau khi gặp

chướng ngại vật

Trên hình 1.2 Trình bày sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc:

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- cơ cấu lái; 4- Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay đứng; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay ngang; 8- Cam quay; 9- Cạnh bên của hình thang lái; 10- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối ; 13- Xi lanh lực

14

1.3.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

Hình 1 3 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4-Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay đứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo; 7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc ; 9- Bánh

xe

Hệ thống treo độc lập là một phần nằm trong kết cấu chung của hệ thống treo nó sẽ làm các nhiệm vụ :

- Tiếp nhận và dập tắt các dao động của mặt đường với ô tô

- Truyền lực dẫn động và truyền lực phanh

- Đỡ thân xe và duy trì mối quan hệ hình học giữa thân xe và bánh xe trong mọi điều kiện chuyển động

Và phải đảm bảo các yêu cầu sau :

- Đảm bảo tính êm dịu

- Dập tắt nhanh các dao động

- Đảm bảo tính ổn định khi xe chuyển động

15

1.4 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÁI

1.4.1 Trục lái

Hình 1 4 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

16

1.4.2 Cơ cấu lái

1.4.2.1 Chức năng

Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái có chức năng :

- Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của dẫn động lái

- Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng

xe nhẹ nhàng hơn

Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi quy ước là trục quay của cơ cấu lái và trục lắc của cơ cấu lái Trục quay là đầu vào của cơ cấu lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dưới của trục lái và thực hiện chuyển động quay theo chuyển động của trục lái Trục lắc là đầu ra của hộp số lái nó liên kết với đòn lắc chuyển hướng của dẫn động lái

1.4.2.2 Một số cơ cấu lái thường dùng

Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp truyền động

trục quay – trục lắc có thể phân biệt các kiểu cơ cấu lái sau:

a) Cơ cấu lái trục vít - cung răng:

Hình 1 5 Sơ đồ cơ cấu lái trục vít – cung răng

17 Loại cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là: Giảm trọng lượng và kích thước so với trục vít - bánh răng

b) Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn:

Trục quay (liên kết với trục lái) của hộp số lái kiểu trục vít - con lăn có cấu tạo giống một trục vít vô tận Trên trục lắc của hộp số lái có một bộ phận gọi

là con lăn Con lăn giống một bánh xe có ren phía ngoài Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít Khi trục vít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của

nó đồng thời chuyển động dịch chuyển dọc theo trục của trục vít Kết quả của các chuyển động đó là chuyển động xoay của trục lắc

Hình 1 6 Sơ đồ cơ cấu lái trục vít – con lăn

Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn được sử dụng khá phổ biến hiện nay Ưu điểm của hộp số lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ bền cao

do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn

và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp số lái

c) Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn lắc:

Hộp số lái kiểu trục vít - đòn lắc có trục quay của nó hoạt động tương tự như một trục vít nhưng có mặt cắt ngang giống một trục cam do các rãnh có độ

sâu thay đổi theo chu vi, bởi vậy hộp số lái kiểu này còn gọi là kiểu cam đòn lắc

18

Hình 1 7 Sơ đồ cơ cấu lái trục vít – đòn lắc

Cơ cấu lái kiểu trục vít - đòn quay cho phép dễ dàng thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu, nhưng có hiệu suất thấp và các chốt của kiểu hộp số lái này thường mòn nhanh Kiểu hộp số lái này ngày càng ít được sử dụng trên các loại ôtô đời mới

d) Cơ cấu lái kiểu trục vít - ê cu – bi - cung răng:

Hình 1 8 Sơ đồ cơ cấu lái kiểu trục vít - ê cu – bi - cung răng

Hộp số lái kiểu trục vít - ecu - bi - cung răng có trục quay là một trục vít, còn trục lắc tương tự như trục lắc của hộp số lái kiểu trục vít- cung răng, nhưng cung răng không ăn khớp với trục vít mà nhận chuyển động từ trục vít thông qua ecu và các viên bi Ecu có các răng thẳng phía ngoài và các rãnh phía trong tương ứng với các rãnh trên trục vít Các viên bi nằm trong rãnh giữa ecu và trục vít và trong ống dẫn bao quanh ecu Khi trục vít quay các viên bi trong rãnh giữa trục vít và ecu sẽ đẩy nhau và luân chuyển trong ống dẫn để quay trở lại rãnh,

19 đồng thời làm cho ecu dịch chuyển dọc theo trục vít Thông qua các răng của ecu và cung răng, chuyển động tĩnh tiến của ecu được biến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc

Như trên hình vẽ đã thể hiện, chiếc êcu ăn khớp với trục vít nhờ các viên

bi tròn Các bi này có hai tác dụng: một là nó giảm ma sát giữa các chi tiết nên hiệu suất cao Thứ hai, nó làm giảm độ dơ của cơ cấu Độ dơ xuất hiện khi đổi chiều tay lái, nếu không có các viên bi, các răng sẽ rời nhau ra trong chốc lát gây nên độ dơ của tay lái

e) Kiểu bánh răng - thanh răng:

Hình 1 9 Hộp số lái bánh răng - thanh răng

Hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng có trục quay (đầu vào) được chế tạo giống một bánh răng trên đoạn trục liên kết trục lắc (đầu ra) Trục lắc là một thanh răng thẳng Hai đầu của thanh răng liên kết với hai thanh nối bên của dẫn động lái thông qua các khớp cầu Các răng trên bánh răng và thanh răng liên kết với nhau

Khi bánh răng quay, thanh răng sẽ chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng ngang sang trái hoặc phải tuỳ theo chiều quay của vành tay lái Trong dẫn động lái với hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng không có đòn lắc chuyển hướng

mà thanh răng trực tiếp truyền chuyển động ngang cho các thanh nối

20

1.4.3 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 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 học các bánh xe dẫn hướng của ô tô làm cho lốp xe không bị trượt, lê khi lái, giảm mòn lốp Kết cấu của hình thang lái phải phù hợp với bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo để khi bánh xe dao động thẳng đứng thì không ảnh hưởng đến động học của dẫn động lái

Cấu tạo hình thang lái điển hình (Hình 1-9)

+ Đòn lắc chuyển hướng là chi tiết liên kết với trục lắc của hộp số lái và truyền chuyển động của trục lắc đến phần còn lại của dẫn động lái Thông

thường một đầu của đòn lắc chuyển hướng liên kết với trục lắc của hộp số lái bằng then hoa, đầu còn lại liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp cầu

Hình 1 10 Cấu tạo hình thang lái điển hình 1,4 -Đòn lắc chuyển hướng, 2-Thanh nối giữa, 3-Thanh nối bên, 5- Đòn lắc

phụ, 6- Khớp cầu, 7- Vú mỡ, 8- Vòng đệm

+ Đòn lắc phụ cũng có một đầu liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp nối cầu, đầu còn lại được lắp trên khung ôtô thông qua trục Đòn lắc phụ cũng thực hiện chuyển động lắc hoàn toàn giống chuyển động của đòn lắc

21 chuyển hướng nhưng không truyền chuyển động đó cho bất cứ bộ phận nào Nó

có chức năng đỡ thanh nối giữa ở độ cao như tại đòn lắc chuyển hướng để đảm bảo động học của hệ thống lái

+ Thanh nối giữa có chức năng liên kết tất cả các bộ phận khác của dẫn động lái với nhau Hai đầu của thanh nối giữa là hai ổ đỡ chốt cầu để liên kết với đòn lắc chuyển hướng và đòn lắc phụ Phía giữa thanh nối giữa có hai lỗ để liên kết với hai thanh nối bên bằng các khớp cầu

+ Thanh nối bên là bộ phận trực tiếp truyền chuyển động cho đòn chuyển hướng trên ngỗng quay của bánh xe dẫn hướng Thông thường mỗi cơ cấu dẫn động lái có hai thanh nối bên, mỗi thanh nối bên được cấu thành từ ba đoạn được gọi là đầu trong, đầu ngoài, và đoạn điều chỉnh Đầu ngoài liên kết với đòn chuyển hướng Đầu trong liên kết với thanh nối giữa, thanh răng hoặc một bộ phận khác của ôtô tuỳ thuộc vào kiểu dẫn động lái Đoạn điều chỉnh dùng để thay đổi chiều dài toàn bộ của thanh nối bên để điều chỉnh hình học lái trong quá trình kiểm tra, bảo trì gầm ôtô mà không cần phải tháo rời dẫn động lái

Hình 1 11 Kết cấu của thanh nối bên

1 - Đầu ngoài của thanh nối bên, 4 - Ống điều chỉnh, 2 - Kẹp đàn hồi, 5 - Bulông điều chỉnh 3 - Đầu trong của thanh nối bên, 6 - a) Kiểu ống, b) Kiểu bulông

22 Với hình (H1-10a), ống điều chỉnh có ren, các đầu của đầu trong và đầu ngoài của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một đầu ren trái, còn đầu kia

có ren phải Khi cả hai đầu đã được vặn vào ống điều chỉnh, nếu xoay ống điều chỉnh sẽ làm cho chiều dài toàn bộ của thanh nối bên tăng lên hoặc giảm đi tuỳ theo chiều xoay của ốc điều chỉnh Các kẹp đàn hồi có tác dụng ngăn không cho ống điều chỉnh tự xoay trong quá trình ôtô vận hành

Với hình (H1-10b) bulông điều chỉnh có ren, các đầu trong và đấu ngoài của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một ren trái và một đầu có ren phải Xoay bulông điều chỉnh sẽ làm thay đổi chiều dài toàn bộ thanh nối bên

1.5 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG LÁI

1.5.1 Tỉ số truyền của hệ thống lái

Trong hệ thống lái có các tỉ số truyền sau:

+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái iω

+ Tỉ số truyền của dẫn động lái id

+ Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái ig

+ Tỉ số truyền lực của hệ thống lái il

Tỉ số truyền của cơ cấu lái iω

Tỉ số của góc quay của vô lăng chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng Tùy theo cơ cấu lái iω có thể không đổi hoặc thay đổi Ở loại cơ cấu lái

có tỉ số truyền thay đổi, tỉ số truyền có thể tăng hay giảm khi quay vành tay lái

ra khỏi vị trí trung gian

Loại cơ cấu lái có tỉ số truyền thay đổi theo xu hướng giảm khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí trung gian được sử dụng phổ biến Tỉ số truyền này có giá trị cực đại khi vành tay lái ở vị trí trung gian Như vậy đảm bảo được ô tô chuyển động thẳng ở vận tốc cao an toàn hơn, tránh quay vòng ngẫu nhiên Vì khi vành

23 tay lái quay đi một góc bé sẽ làm cho bánh dẫn hướng quay ít Đồng thời cũng làm giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh xe dẫn hướng lên vành tay lái Khi quay vành tay lái ra xa vị trí trung gian thì tỉ số truyền giảm nhanh, lúc này quay vành tay lái một góc nhỏ cũng có thể làm cho bánh xe dẫn hướng quay một góc tương đối lớn do đó xe có thể quay vòng linh hoạt

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 cánh tay đòn Trong quá trình bánh dẫn hướng quay vòng giá trị cánh tay đòn của các đòn dẫn động sẽ thay đổi Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm

id = 0,85 ÷ 1,1

Tỉ số truyền theo 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 iω với tỉ số truyền của dẫn động lái

ig = iω id

Tỉ số truyền lực của hệ thống lái i l

24

Hình 1 12 Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang

Tỷ số của tổng lực cản khi ô tô quay vòng chia cho lực đặt trên vành tay lái cần thiết để khắc phục được lực cản quay vòng

Mc: mômen cản quay vòng của bánh xe

c: cánh tay đòn quay vòng, tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường trục đứng kéo dài

Ml: mômen lái đặt trên vành tay lái

truyền góc ig không vượt quá 25 vì vậy il không được chọn lớn quá Cánh tay đòn c cũng không nên giảm nhiều vì giảm nhiều sẽ làm cho ô tô chuyển động

25 không ổn định vì bánh xe nghiêng trong mặt phẳng ngang nhiều quá, il hiện nay

chọn trong khoảng từ 100 ÷ 300

Nếu tỉ số truyền il đòi hỏi phải lớn hơn thì cần thiết phải đặt bộ trợ lực tay

lái trong hệ thống lái

1.5.2 Điều kiện không trượt khi quay vòng

Quá trình quay vòng của xe được chia thành ba giai đoạn:

+ Giai đoạn I –Xe bắt đầu đi vào đường vòng (đoạn 1-2 trên hình 1-12)

đặc trưng bằng bán kính quay vòng giảm dần (R # const )

+ Giai đoạn II – Là giai đoạn xe quay vòng đều (đoạn 2-3 trên hình 1-12)

đặc trưng bằng bán kính quay vòng không đổi (R = const)

+ Giai đoạn III –Xe đi qua khỏi đường vòng (đoạn 3-4 trên hình 1-12) đặc trưng bằng bán kính quay vòng tăng dần (R # const) và ở cuối giai đoạn này thi

xe trở lại trạng thái chuyển động thẳng (R =∞)

Hình 1 13 Các giai đoạn của quá trình quay vòng

26 Trong trường hợp này ta chỉ khảo sát động học và động lực học quay vòng đều của xe với bán kính quay vòng R = const và vận tốc quay vòng ω = const

Đối với chuyển động của các vật rắn, để các bánh xe ôtô không bị trượt khi quay vòng thì các đường thẳng đi qua trục các bánh xe phải cắt nhau tại một điểm là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O trên hình 1-12, 1-14)

Hình 1 14 Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng

Hình 1 15 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 trượt khi quay vòng thì tâm quay vòng O của xe phải nằm trên đường tâm

27 của cầu sau Đối với xe ba cầu, trong đó chỉ có một cầu trước là dẫn hướng thì các bánh xe ở cầu giữa sẽ bị trượt khi quay vòng do các vecto vận tốc của các bánh xe này không nằm trong mặt phẳng lăn của chúng Muốn cho tất cả các bánh của xe ba cầu không trượt khi quay vòng thì xe phải có ít nhất hai cầu dẫn hướng Trong trường hợp tổng quát nếu xe có n cầu thì điều kiện cần để tất cả các bánh xe không trượt khi quay vòng là số lượng cầu chủ động phải bằng n-1

Trong đó α1, α2 – Góc quay của các bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong

B- Khoảng cách giữa hai đường tâm trục

L- Chiều dài cơ sở của xe

thẳng, chạy theo đường vòng và khả năng phục hồi để chạy trên đường thẳng, khả năng làm mềm các chấn 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

1.5.3.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (góc camper)

Khái niệm: Góc camper là góc bánh xe nghiêng về bên phải hay nghiêng

về trái đối với đường thẳng góc với mặt đường Khi phần trên của bánh xe

nghiêng ra phía ngoài thì gọi là “Camber dương” Ngược lại, khi bánh xe

nghiêng vào trong thì gọi là “Camber âm”

Hình 1 17 Góc camper

Trong các kiểu xe trước đây, các bánh xe thường có camber dương để tăng

độ bền của trục trước, và để cho lốp xe tiếp xúc thẳng góc với mặt đường nhằm

29 ngăn ngừa hiện tượng mòn không đều vì phần tâm đường thường cao hơn phần rìa đường Tuy nhiên nếu xe có góc camber dương hoặc âm quá lớn thì sẽ làm cho lốp xe mòn không đều Nếu bánh xe có độ camber âm quá lớn thì phần phía trong của lốp xe bị mòn nhanh, còn nếu bánh xe có độ camber dương quá lớn thì phần phía ngoài của lốp xe bị mòn nhanh

Trong các kiểu xe hiện đại, hệ thống treo và trục có độ bền cao hơn trước đây, và mặt đường lại bằng phẳng nên bánh xe không cần nghiêng dương nhiều như trước nữa Vì vậy góc camber được giảm xuống gần đến “không” (một số

xe có góc camber bằng không) Trên thực tế, bánh xe có camber âm đang được

áp dụng phổ biến ở các xe du lịch để tăng tính năng chạy đường vòng của xe

Tác dụng của góc camper dương:

+ Giảm tải theo phương thẳng đứng: Trong trường hợp góc camber bằng không, tải trọng tác dụng lên trục bánh xe theo hướng F’ Khi có camber dương, tải trọng F’ này chuyển thành lực F tác dụng theo hướng cam lái Nhờ thế,

mômen tác dụng lên trục bánh xe và cam lái giảm xuống

+ Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Tải trọng F tác dụng lên bánh xe có thể phân chia thành hai thành phần F1 và F2 F2 là lực theo chiều trục và có xu hướng đẩy bánh xe vào phía trong, giữ cho bánh xe không bị trượt ra khỏi trục

Hình 1 18 Tác dụng của góc camper dương

30 + Ngăn cản góc camper âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra : Khi chất đầy tải lên xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết của hệ thống treo và các bạc tương ứng Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượng này

+ Giảm lực đánh tay lái : Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng với khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái Do

đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái

Tác dụng của góc camper âm :

Giả sử có một tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe nghiêng thì sẽ sinh ra một lực theo phương nằm ngang Lực này được gọi là “lực đẩy ngang”,

nó tác động theo chiều vào trong khi bánh xe có camber âm, và theo chiều ra ngoài xe khi bánh xe có camber dương Khi xe chạy trên đường vòng, lực ly tâm làm cho xe nghiêng ra phía ngoài, vì tác động của các lò xo của hệ thống treo nên camber của lốp xe trở nên dương hơn, lực quay vòng bị giảm xuống

Trường hợp này nếu xe có góc camber âm thì bánh xe sẽ được giữ không bị nghiêng dương khi chạy vào đường vòng và duy trì lực quay vòng thích hợp

Hình 1 19 Tác dụng của góc camper âm

Góc camper bằng không

31 Góc camper cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc camper bằng không là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc camper dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên lốp

1.5.3.2 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 caster âm”

Hình 1 20 Góc caster và khoảng caster

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” của trục quay đứng Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng, còn khoảng caster thì ảnh hưởng đến tính năng hồi vị bánh xe sau khi chạy xe trên đường vòng Với bánh xe có góc caster dương lớn thì độ ổn định trên đường thẳng tăng lên, nhưng lại khó chạy trên đường vòng

32

Hình 1 21 Góc caster dương và âm A- Góc nghiêng dọc caster dương; B- Góc nghiêng dọc caster âm

Ảnh hưởng của góc caster :

+ Ổn định chạy thẳng : Đối với những xe có góc caster dương, độ ổn định

khi chạy trên đường thẳng sẽ tăng Vì khi trục xoay đứng quay để xe chạy vào

đường vòng, nếu các bánh xe có góc caster dương thì lốp sẽ bị nghiêng đi so với mặt đường và tạo ra mômen kích, có xu hướng nâng thân xe lên Mômen kích

này đóng vai trò như một lực hồi vị bánh xe, có xu hướng đưa thân xe trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định trên đường thẳng của xe

Hình 1 22 Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster

+ Làm tăng khả năng quay trở lại của hai bánh xe dẫn hướng: bánh xe có

góc caster dương thì giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng với mặt đường

sẽ nằm phía trước tâm điển tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường Vì lốp xe được kéo về phía trước nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có xu hướng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định theo đường thẳng

33

Hình 1 23 Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster

Khi bánh xe được chuyển hướng sang một bên (do lái hoặc do trở ngại khi chạy trên đường thẳng) thì sẽ phát sinh các lực bên F2 và F’2 Những lực bên này có tác dụng làm quay trục xoay đứng (nhờ có khoảng caster) và có xu

hướng hồi vị bánh xe về vị trí ban đầu của nó (lực hồi vị T và T’) Vào lúc này, với cùng một lực bên như nhau, nếu khoảng caster lớn, lực hồi vị bánh xe cũng lớn Vì vậy, khoảng caster càng lớn thì độ ổn định trên đường thẳng và lực hồi

vị càng lớn

+ Góc caster dương đến bánh xe và thân xe: Với góc caster dương cho cả hai bánh xe trước, thân sẽ dạt ra ngoài khúc quanh Đối với trường hợp caster dương, khi lái xe về bên phải, bên trái của xe xụm xuống trong lúc mé bên phải của xe lại nhấc lên cao làm cho xe dạt ra ngoài vòng quay Đặc tính này không làm thoả mãn được sự an toàn của xe khi qua đoạn đường cong, vì nó cộng hưởng thêm lực ly tâm rất dễ lật xe

+ Góc caster âm đến bánh xe và thân xe: Nếu cả hai bánh trước đều có góc caster âm thì thân xe sẽ dạt vào phía trong vòng quay Đối với trường hợp

nghiêng dọc âm, khi lái xe về bên phải, bên trái của xe được nâng lên trong lúc

mé bên phải của xe xụm xuống Có nghĩa là thân xe dạt vào phía trong của vòng quay, động tác này chống trả lại với lực ly tâm muốn đẩy xe ra ngoài của vòng

34 quay Kiểu thiết kế này tạo được an toàn cho xe khi vòng qua một khúc quanh với vận tốc lớn, nhất là với ôtô đua cao tốc

1.5.3.3 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng (góc kingpin)

Khái niệm :

Góc kingpin của chốt chuyển hướng, còn gọi là góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng, là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn vào đầu 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 làm tăng lực tay lái Để giảm bớt lực lái, ta có thể giảm độ lệch bằng 2 cách Tăng góc kingpin hoặc làm lốp có góc camber dương

Hình 1 24 Góc kingpin

35

Hình 1 25 Giảm lực đánh lái

+ Giảm sự phản hồi và kéo lệch sang một phía: Một tác dụng khác của góc kingpin là làm giảm lực phản hồi và lực kéo lệch sang một bên

Hình 1 26 Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía

Nếu khoảng lệch quá lớn, lực dẫn động (lực đẩy xe) hoặc lực hãm sẽ tạo ra một mômen quay quanh trục xoay đứng lớn, tỷ lệ thuận với khoảng lệch Mặt khác, mọi chấn động tác dụng lên bánh xe sẽ làm cho vô lăng bị dật lại hoặc phản hồi Những hiện tượng này có thể được cải thiện bằng cách giảm khoảng lệch

1.5.3.4 Độ chụm đầu

36

Khái niệm : Độ chụm là độ lệch của phần trước và phần sau bánh xe khi

nhìn từ trên xuống Góc lệch của bánh xe được 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”, và nếu ngược lại thì được gọi là “độ choãi”

Hình 1 27 Độ chụm độ choãi

Mục đích của góc chụm là đảm bảo độ ổn định chạy trên đường thẳng Khi

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 Tuy nhiên nếu độ chụm vào quá lớn, độ trượt bên sẽ làm cho lốp xe mòn không đều Nếu

độ choãi ra quá lớn thì khó đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng

1.5.3.5 Góc quay vòng

Khái niệm: Góc quay vòng là góc quay của bánh xe phía trước bên trái và

bên phải khi chạy trên đường vòng

Với góc quay của bánh xe trước bên trái và bên phải giống nhau 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

37 Với góc quay của các 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

Với hệ thống lái có góc quay bánh xe dẫn hướng khác nhau, các bánh xe bên phải và bên trái sẽ có góc quay khác nhau (α ≠ β) Nên chúng có thể điều chỉnh để có bán kính quay khác nhau (r1 > r2) để quay quanh cùng một tâm (O), nhờ thế mà có được góc lái đúng