Trường CĐ GTVT Tp HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô Giáo Trình Cấu tạo Khung Gầm Ôtô Trang 61 BÀI 1 HỆ THỐNG LÁI Mục tiêu Sau khi học bài này, học viên có khả năng Hiểu rõ được công dụng, phân loại, yêu cầu của[.]
Trang 1Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
BÀI 1: HỆ THỐNG LÁI
Mục tiêu:
Sau khi học bài này, học viên có khả năng:
- Hiểu rõ được công dụng, phân loại, yêu cầu của Hệ thống lái dùng trên
ôtô
- Nắm vững lý thuyết về động học khi ôtô quay vòng
- Phân tích được kết cấu và hoạt động của hệ thống lái cơ khí, trợ lực
I CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU:
1 Công dụng:
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng nhất định nào đó
2 Phân loại:
- Theo bố trí bánh lái:
- Bánh lái bố trí bên phải
- Bánh lái bố trí bên trái
CHƯƠNG III
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Trang 2Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở hai cầu
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu
- Theo kết cấu và nguyên lý của cơ cấu lái:
- Loại trục vít - cung răng
- Loại trục vít - con lăn
- Loại trục vít – chốt quay
- Loại liên hợp
- Theo kết cấu bộ trợ lực: (cường hoá)
- Loại trợ lực bằng khí nén
- Loại trợ lực bằng thuỷ lực
- Loại trợ lực liên hợp
3 Yêu cầu:
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Quay vòng ôtô thật ngoặc trong một thời gian ngắn trên một diện tích bé
- Lái nhẹ và tiện lợi
- Động học quay vòng đúng để bánh xe không bị trượt lê khi quay vòng
- Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vôlăng
- Giữ được chuyển động thẳng ổn định của ôtô
II ĐỘNG HỌC QUAY VÒNG CỦA ÔTÔ:
Trang 3Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
Lt: khoảng cách giữa hai trục đứng
L: chiều dài cơ sở ôtô
- Xét hai tam giác vuông OAB và ODC, ta có:
OB
OA Cotg βn= (1)
CD
OD Cotgβt= (2)
- Lấy (1) trừ (2):
CD
OD OB
OA Cotg
Cotg βn βt =
Const L
L Cotg Cotg βn βt = t =
- Điều này chứng tỏ, để đảm bảo động học khi quay vòng thì hiệu số
t
Cotg β β luôn là một hằng số
- Khi quay vòng, ôtô được xem là một thể thống nhất mà tất cả các điểm của nó được quay quanh tâm quay tức thời trong từng thời điểm Để đạt điều kiện trên, các bánh xe khi quay vòng không bị trượt đồng thời cũng để điều khiển dễ dàng thì các đường tâm quay của các bánh xe phải gặp nhau tại điểm O
III PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI:
Trang 4Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
Trục lái là đòn dài có thể rỗng hoặc đặc để truyền moment quay từ bánh lái xuống cơ cấu lái Độ nghiêng trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vôlăng nghĩa
là sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái của tài xế khi điều khiển Ở các xe đời mới góc này có thể thay đổi được và truyền lực bằng khớp nối cardan
1 Cơ cấu lái:
Trang 5Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
- Ưu điểm của loại này là giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít – bánh răng
- Cung răng có thể là cung răng thường hoặc cung răng bên Cung răng bên
có ưu điểm tiếp xúc theo toàn bộ chiều dài răng, do đó giảm được ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mòn cho nên thích hợp với ôtô tải lớn
b) Trục vít – con lăn:
- Loại này có ưu điểm vì trục vít có dạng glopoit cho nên chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn, nghĩa là giảm được
áp suất riêng và tăng độ chống mòn
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết được phân tán, tuỳ theo cở ôtô mà có 2 đến
4 vòng ren
- Giảm ma sát, do ma sát lê thay bằng ma sát lăn
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp
- Loại này có ưu điểm cơ bản là có thể có tỷ số truyền thay đổi
- Cơ cấu lái loại này được dùng ở hệ thống lái không cường hoá, chủ yếu đối với ôtô tải và khách
c) Trục vít- chốt quay:
Trang 6Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
- Loại này có ưu điểm cơ bản là có thể có tỷ số truyền thay đổi
- Cơ cấu lái loại này được dùngở hệ thống lái không cường hoá, chủ yếu
đối với ôtô tải và khách
d) Loại liên hợp:
- Thường dùng nhất là loại trục vít ecrou – thanh khía – cung răng
- Sự nối tiếp giữa trục vít và ecrou bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít (ma sát)
- Loại này thường được sử dụng trên ôtô cở lớn
Trang 7Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
2 Dẫn động lái:
- Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến quay bánh xe Đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ôtô quay vòng với động học đúng
- Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái Hình thang lái có nhiệm vụ bảo đảm động học bánh dẫn hướng làm cho bánh xe khỏi bị trượt lê khi lái, do đó bớt hao mòn lốp
3 Các trợ lực lái:
- Dùng trợ lực lái để việc điều khiển hệ thống lái được nhẹ nhàng hơn
- Trợ lực lái có hai loại thông dụng:
+ Trợ lực lái bằng thuỷ lực
+ Trợ lực lái bằng khí nén
IV BỘ LÁI TRỢ LỰC:
1 Căn bản của bộ lái trợ lực:
Do nhu cầu tải trọng và vận chuyển, ôtô ngày nay được chế tạo càng ngày càng lớn, càng nặng, công suất động cơ càng khỏe thêm, nhiều ôtô dùng bánh xe
có hông lốp rộng hơn Với những thay đổi tính năng này của ôtô, hệ thống lái cơ khí thông thường bằng tay gặp phải nhiều bất lợi Để cải tiến, người ta thiết kế bộ lái trợ lực (power assisted steering) như giới thiệu trên hình 158 Bộ lái trợ lực này cung cấp một lực đẩy phụ để xoay vành lái điều khiển hai bánh xe dẫn hướng Thông thường ôtô không có hệ thống lái tiếp sức hoàn toàn (full power steering) nhưng có bộ lái trợ lực Ôtô trang bị bộ lái trợ lực, nếu gặp phải tình huống hệ thống lái trợ lực bị hỏng, hoặc động cơ chết máy, vẫn có thể điều khiển lái xe như thường Bộ lái trợ lực được tác động do khí nén, điện lực hay thủy lực Ngày nay bộ lái trợ lực thủy lực được trang bị cho nhiều ôtô du lịch và tất cả ôtô tải
Trang 8Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
Vầ mặt kết cấu của hệ thống lái thủy lực, cơ bản giống như hệ thống lái cơ khí thường, nghĩa là vẫn có cơ cấu lái, cơ cấu dẫn động lái, vành lái và cột lái, điều khác biệt chính là có thêm bơm thủy lực (power steering pump) và xy lanh lực (power booster) Khi tác động một lực xoay vành lái khoảng 1,5 đến 7 pounds (0,68kg – 3,17kg), van dầu sẽ mở, bơm thủy lực đẩy dầu vào xy lanh lực tạo công suất bẻ lái các bánh xe trước Khi động cơ hoạt động, bơm thủy lực bơm liên tục
để tạo sức đẩy này Có hai kiểu hệ thống lái trợ lực thủy lực được trang bị cho ôtô
- Loại cùng khối (intergral type) trong loại này, piston và xy lanh lực được lắp đặt trực tiếp cùng khối với cơ cấu lái tại cột lái
- Loại cần đẩy (Linkage type), trong loại xy lanh này và piston lực được lắp ráp giữa sườn xe và cơ cấu dẫn động lái như giới thiệu nơi hình 159A, B
Bộ lái trợ lực loại cùng khối được sử dụng rộng rãi Bộ lái trợ lực loại cần đẩy được sử dụng nhiều cho ôtô tải
2 Bơm thủy lực:
Trong lúc xe lăn bánh, bơm thủy lực hoạt động liên tục để cung cấp áp suất thủy lực cao cho cơ cấu lái Bơm được dẫn động do cây curoi và buli trục khuỷu Hình 160 trình bày kết cấu của một bơm thủy lực loại cánh van (vane type) Các cánh van trượt vào ra trong rôto và luôn luôn tiếp xúc với vách bơm dạng ôvan Khi rôto quay, các cánh van bung ra trong khoang lớn và thu vào trong khoang hẹp giữa rôto và vách bơm, tạo lực hút, đẩy dầu thủy lực Trong bơm có trang bị van điều áp để giới hạn áo suất tối đa của bơm khoảng 750 PSI (52,50 kg/cm2)
Trang 9Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
3 Bộ trợ lái thủy lực loại cùng khối:
Piston – thanh răng (2) của xy lanh thủy lực (1) khớp răng với bánh răng rẽ quạt kép (4) Đầu răng thứ hai của (4) khớp với phần răng của đai ốc bi hồi chuyển (5) trên trục vít (6) Trục của bánh răng rẽ quạt kép (4) điều khiển đòn quay đứng (pitman arm) Van trượt (3) cùng khối với trụ lái và trục vít (6) được lắp ráp trong vỏ (7) có công dụng đóng mở các mạch dầu 1’, 2’, 3’, 4’ và 5’ (xem hình 162) Mặt trước và mặt sau của piston (2) liên lạc với bơm thủy lực (8) và bình chứa dầu (9) qua van trượt (3)
Trang 10Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
Do đặc tính liên kết ốc – vít giữa trục vít (6) với đai ốc bị hồi chuyển (5), nên khi ta xoay vành lái, một lực cản nhẹ ban đầu sẽ tạo ra lực đẩy dọc (endwise thrust) tác động lên trụ lái., Chính lực đẩy dọc này làm cho van (3) dịch chuyển theo chiều dọc một khoảng nhỏ vài dem (1 dem : 1/10 ly) Hướng dịch chuyển của van (3) tùy thuộc vào chiều xoay vành lái và sẽ đóng hoặc mở các mạch dầu, nhờ vậy, mặt trước hay mặt sau của piston lực (2) liên lạc được vớm bơm thủy lực và bình chứa dầu
Ví dụ muốn xe rẽ trái, ta xoay vành lái qua trái, van trượt (3) sẽ nhích qua phải đóng mạch dầu 5’ và mạch dầu 2’ cách ly khỏi bơm thủy lực Lúc này mặt trước của piston lực (2) liên lạc với bơm thủy lực qua mạch dầu 4’ mặt sau của nó liên lạc với bình chứa dầu qua mạch 2’ và 1’ Vì vậy piston lực được áp suất dầu đẩy qua phải điều khiển cho xe rẽ trái
Khi hai bánh xe dẫn hướng đã đạt được góc độ bẻ lái cần thiết, vành lái ngưng xoay, lực cản nhẹ ban đầu kc òn, lực đẩy dọc trụ lái cũng triệt tiêu Lúc này các chốt và lò xo (1) đưa van trượt (3) về vị trí trung hòa hay vị trí hướng thẳng Ở
vị trí này của van, tất cả các mạch 1’, 2’, 3’, 4’ và 5’ đều mở Áp suất thủy lực tác động đều lên hai mặt piston lực, giữ nó đứng tại chỗ duy trì góc bẻ lái cần thiết có sẵn của hai bánh xe dẫn hướng Nhờ vậy góc độ bẻ lái của hai bánh xe trước không tự tăng quá ý muốn của người lái xe
Lúc xoay vành lái cho xe rẽ phải, van (3) sẽ nhích qua trái đóng mở các mạch dầu điều khiển cho bơm thủy lực tác động vào mặt sau của piston lực qua mạch 3’ và mạch 2’ Số dầu phía trước piston lực sẽ theo mạch 4’ đến mạch 5’ trở
lại thùng chứa
Sau khi xe qua khúc quanh, ta buông hẳn mạch 5’ trở lại thùng chứa
Sau khi xe qua khúc quanh, ta buông hẳn vành lái, hai bánh xe trước tự trả
về hướng thẳng, van (3) mở thông tất cả 5 mạch, dầu hồi trở lại thùng chứa
Khi xe chạy thẳng, cả hai mặt piston đều có lực tác động do áp suất của dầu thủy lực, lúc này bơm thủy lực hoạt động không tải nên bớt tiêu tốn công suất của động cơ
Trang 11Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
4 Bộ trợ lái thủy lực loại cần đẩy:
Trong hệ thống này (hình 163), một xy lanh lực (4) và một van phân phối (3) được dùng để tạo lực tác động hai bánh xe trước bẻ lái Hệ thống này dùng cơ cấu lái tay thông thường để điều khiển đòn quay đứng đóng mở van phân phối Một đầu của xy lanh lực được gắn vào khung xe qua dầu ngoài của piston lực Đầu kia của xy lạnh lực được gắn vào khung xe qua đầu ngoài của piston lực Đầu kia của xy lạnh lực liên kết với cây nối (relay rod) Đầu còn lại của cây nối tiết hợp với van phân phối và cơ cấu dẫn động lái Van phân phối và xy lạnh lực liên lạc nhau nhờ các ống dẫn dầu cao áp Đầu cuối của đòn quay đứng có dạng hình cầu ráp khớp vào lỗ hình cầu của van phân phối điều khiển van này
Khi xoay vành lái qua trái hay qua phải, đòn quay đứng sẽ tác động van phân phối Van sẽ điều khiển phân phối áp suất thủy lực vào mặt này hay mặt kia của piston trong xy lạnh lực Việc điều khiển bánh xe dẫn hướng cũng như nguyên
lý kết cấu và hoạt động của van phương pháp loại này hoàn toàn giống như của hệ thống trợ lái thủy lực loại cùng khối Hình 164 và 165 giới thiệu hướng tác động của áp suất thủy lực khi xe quẹo phải và lúc xe quẹu trái
Trang 12Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
Trang 13Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
Sau đây ta tìm hiểu thêm hệ thống trợ lái thủy lực loại cần đẩy trang bị trên ôtô MAZ-500 (hình 166) Xy lạnh lực (5) cùng khối với van phân phối (1) và vỏ (4) Xy lạnh lực được gắn trên dầm dọc bên trai của sườn xe, nhờ khớp bản lề hình cầu (7) tại đầu cuối của cần (60 của piston lực Khi hoạt động, cần và piston lực đứng yên, trong lúc xy lạnh lực dịch chuyển do áp suất dầu thủy lực dồn vào khoang bên phải hay bên trái của xy lạnh lực Lúc xoay vành lái, đòn quay đứng tác động van phân phối để van này chia dầu vào một phía của xy lạnh lực và cho dầu của phía kia trở về thùng chứa
Trang 14Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
5 Bộ trợ lực lái bằng khí nén:
V HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TỬ:
1 Giới thiệu về hệ thống lái điện tử
Trợ lực lái cải tiến sử dụng một ECU trợ lực lái để điều khiển lực quay vô lăng cần thiết phù hợp với tốc độ xe, tạo lực lái nhỏ khi tốc độ xe thấp và tạo lực lái lớn khi tốc độ xe tăng để đạt được cảm giác lái tốt nhất Có hai phương pháp để thay đổi lực lái là: Hệ thống trợ lực lái cải tiến với sự phân nhánh áp suất dầu tác dụng lên piston và Hệ thống trợ lực lái kiểu mới thay đổi moment xoắn của thanh xoắn trong van điều khiển
Trang 15Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
2 Các bộ phận trong hệ thống lái điện tử:
Hệ thống lái điện tử ngoài các bộ phận giống như hệ thống lái thường còn có thêm các bộ phận sau:
a) Cảm biến tốc độ:
Cảm biến tốc độ được gắn bên trong đồng hồ đo tốc độ nó bao gồm một công tắc được đóng ngắt liên tục bởi chuyển động quay của dây đồng hồ đo tốc
độ Các cảm tốc độ sau đang được sử dụng:
* Kiểu lưỡi gà:
Nam châm trên cáp đồng hồ tốc độ quay và từ trường của nam châm làm công tắc lưỡi gà đóng và mở Một đầu của công tắc lưỡi gà được nối mass, đầu kia được nối với ECU Công tắc lưỡi gà bật và tắt điện áp cung cấp tạo ra xung tương ứng với sự hoạt động bật – tắt của công tắc
Bốn xung được sinh ra trong trong mỗi vòng quay của dây, tốc độ xe cao hơn thì
sẽ sinh ra nhiều xung hơn trong một đơn vị thời gian
* Kiểu tế bào quang điện:
Một đĩa có xẻ rãnh trên dây đồng hồ tốc độ quay và tế bào quang điện bị bật
- tắt do ánh sáng chiếu đến nó bị gián đoạn liên tục do sự che khuất của đĩa xẻ rãnh Khi điện áp cấp lên mạch này sẽ sinh ra xung tương ứng với sự bật - tắt của
tế bào quang điện 20 xung được sinh ra trong một vòng quay của đồng hồ tốc độ, nên 1/5 những xung (4 xung) được sinh ra này là các tín hiệu tốc độ xe Tốc độ xe cao hơn thì sinh ra nhiều xung hơn
b) ECU trợ lực lái :
- ECU này được dùng để điều khiển van điện Nó gửi các tín hiệu điều khiển tới van điện phù hợp với các tín hiệu tốc độ của xe từ cảm biến tốc độ
- Các tín hiệu ra từ ECU thay đổi hệ số tác dụng của các tín hiệu xung 250
Hz theo tốc độ xe vì vậy sinh ra tín hiệu điện áp cường độ trung bình thay đổi
c) Van điện :
- Van điện được gắn trong cơ cấu lái, nó có tác dụng làm thay đổi kích thước của dầu mạch nhánh nối hai phía của xi lanh lực
- Ống của van bị kéo khi van bị kích thích bởi tín hiệu từ ECU trợ lực lái
Trang 16Trường CĐ GTVT Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Ô Tô
- Hệ số tác dụng của tín hiệu thay đổi khi tốc độ xe thay đổi, làm thay đổi điện áp dẫn đến thay đổi lực điện từ của cuộn dây theo tốc độ xe Vì vậy, mức độ ống bị kéo và kích thước của cửa dầu thay đổi theo tốc độ xe
Câu hỏi ôn tập:
- Câu 1: Nêu công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống lái dùng trên ôtô?
- Câu 2: Hãy phân tích động học khi ôtô quay vòng ?
- Câu 3: Trình bày kết cấu và hoạt động của các cơ cấu lái thường dùng trên ôtô ?
- Câu 4: Trình bày kết cấu và hoạt động của bộ trợ lực lái loại cần đẩy ?
- Câu 5: Trình bày kết cấu và hoạt động của hệ thống lái điện tử ?
BÀI 2: HỆ THỐNG PHANH
Mục tiêu:
Sau khi học bài này, học viên có khả năng:
- Hiểu rõ được công dụng, phân loại, yêu cầu của Hệ thống phanh dùng trên