Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái ô tô tải nặng (tham khảo xe hyundai hd65) – thiết kế mô hình hệ thống phanh, lái, treo ô tô

Hệ thống lái là một trong những hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động cùa xe. Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Góp phần đem lại sự an toàn cũng khi chuyển động của xe cũng như đem đến sự an tâm khi lái xe nhằm phục vụ sự trải nghiệm thực tế cho người lái. Để có được sử ổn định lâu dài trong quá trình sử dụng thì vấn đề về bảo dưỡng xe định kỳ hay sửa chữa xe khi các bộ phận có hư hỏng thì cũng không kém phần quan trọng trong quá trình sử dụng xe. Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp với đề tài “Bảo dưỡng, sửa chữa xe hệ thống lái ô tô tải nặng (tham khảo xe Hyundai HD65) – Thiết kế mô hình hệ thống phanh, lái, treo”. Nội dung phần thuyết minh bao gồm: Chương 1: Tổng quan về hệ thống lái. Nội dung này tập trung vào phân loại, chức năng, sơ đồ động học và kết cấu của các chi tiết trong hệ thống lái nói chung. Chương 2: Hệ thống lái của xe Hyundai HD65. Nội dung này tập trung vào chức năng, sơ đồ động học, kết cấu của các chi tiết trong hệ thống lái của xe Hyundai HD65. Chương 3: Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái xe tải Hyundai HD65. Nội dung này tập trung vào quy trình bảo dưỡng hệ thống lái, các nguyên nhân hư hỏng và sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái. Chương 4: Mô hình hệ thống phanh, lái, treo của xe ô tô con. Nội dung này tập trung vào xây dựng mô hình hệ thống phanh, lái, treo của xe Toyota Camry.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ TẢI NẶNG (THAM KHẢO XE HYUNDAI HD65) – THIẾT

KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH, LÁI, TREO Ô TÔ

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Chuyên ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Văn Thắng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trần Quy Nhơn

Thành phố Hồ Chí Minh năm 2023

LỜI CẢM ƠN

Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao thông vận tải ngày càng lớn Vai trò quan trọng của ô tô ngày càng được khẳng định vì ô tô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hóa trên nhiều loại địa hình khác nhau

Những năm gần đây, lượng ô tô tải có xu hướng tăng lên, với ưu điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau

Với ô tô nói chung và ô tô tải nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệ thống lái

Sau nhiều ngày dưới sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Nguyễn Văn Thắng và sự tìm hiểu của em, em đã cơ bản hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong

quá trình thực hiện, chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Do đó em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy để luận văn của em được hoàn thiện đầy đủ Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến các thầy cô đã tạo điều kiện chỉ dạy,

hướng dẫn em các môn học trong những năm qua Đặc biệt là thầy Th.S Nguyễn Văn Thắng, người đã hướng dẫn em hoàn thành bài luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2023

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN TRẦN QUY NHƠN

Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện nhiệm vụ

luận văn tốt nghiệp với đề tài “Bảo dưỡng, sửa chữa xe hệ thống lái ô tô tải nặng

(tham khảo xe Hyundai HD65) – Thiết kế mô hình hệ thống phanh, lái, treo” Nội

dung phần thuyết minh bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lái Nội dung này tập trung vào phân loại,

chức năng, sơ đồ động học và kết cấu của các chi tiết trong hệ thống lái nói chung

Chương 2: Hệ thống lái của xe Hyundai HD65 Nội dung này tập trung vào chức

năng, sơ đồ động học, kết cấu của các chi tiết trong hệ thống lái của xe Hyundai HD65

Chương 3: Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái xe tải Hyundai HD65 Nội dung

này tập trung vào quy trình bảo dưỡng hệ thống lái, các nguyên nhân hư hỏng và sửa

chữa các chi tiết trong hệ thống lái

Chương 4: Mô hình hệ thống phanh, lái, treo của xe ô tô con Nội dung này tập

trung vào xây dựng mô hình hệ thống phanh, lái, treo của xe Toyota Camry

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH VẼ v

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 1

1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu 1

1.1.1 Công dụng 1

1.1.2 Các trạng thái quay vòng của xe 1

1.1.3 Phân loại hệ thống lái 3

1.1.4 Yêu cầu của hệ thống lái ô tô 3

1.2 Hệ thống lái cơ khí 4

1.2.1 Vành lái 4

1.2.2 Trục lái 5

1.2.3 Cơ cấu lái 5

1.2.4 Góc đặt bánh xe 12

1.2.5 Dẫn động lái 18

1.3 Hệ thống lái sử dụng trợ lực thủy lực 18

1.3.1 Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái 18

1.3.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái 19

1.3.3 Sơ đồ cấu tạo 19

1.3.4 Nguyên lý trợ lực lái 20

1.4 Hệ thống lái sử dụng trợ lực điện 22

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LÁI CỦA XE HYUNDAI HD65 24

2.1 Cấu tạo hệ thống lái của xe Hyundai HD65 24

2.1.1 Bố trí và cấu tạo chung hệ thống lái Hyundai HD65 25

2.1.2 Phân tích kết cấu hệ thống lái Hyundai HD65 25

2.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống lái xe Hyundai HD65 30

2.2.1 Trường hợp xe đi thẳng 31

2.2.2 Trường hợp xe rẽ phải 31

2.2.3 Trường hợp xe rẽ trái: 32

CHƯƠNG 3: BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI XE TẢI HYUNDAI HD65 33

3.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 33

3.1.1 Khái niệm 33

3.1.2 Ý nghĩa 33

3.1.3 Quy định và quy trình bảo dưỡng 33

3.2 Sửa chữa hệ thống lái trợ lực 35

3.2.1 Khái niệm 35

3.2.2 Chẩn đoán chung và kiểm tra 35

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH, LÁI, TREO CỦA XE Ô TÔ CON 43

4.1 Mục đích: 43

4.2 Chuẩn bị vật tư: 43

4.3 Phương pháp cắt: 43

4.4 Các bước tiến hành hoàn thiện mô hình hệ thống phanh lái treo 43

4.5 Qua mô hình thực tế thấy được rõ hơn cấu tạo hệ thống phanh, lái, treo: 47 4.5.1 Hệ thống treo: 48

4.5.2 Hệ thống phanh: 53

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Trạng thái quay vòng thiếu của xe 2

Hình 1.2: Trạng thái quay vòng thừa của xe 2

Hình 1.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái cơ khí 4

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay 7

Hình 1.5: Cơ cấu lái trục vít con lăn 8

Hình 1.6: Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng 9

Hình 1.7: Cơ cấu lái trục vít – cung răng 1,2 vòng đệm điều chỉnh 10

Hình 1.8: Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng 11

Hình 1.9: Góc nghiêng ngang của bánh xe 13

Hình 1.10: Góc nghiêng trụ đứng và chế độ lệch dọc 14

Hình 1.11: Góc nghiêng ngang trụ đứng 15

Hình 1.12: Độ chụm 16

Hình 1.13: Lực cản lăn và vị trí đặt của nó 17

Hình 1.14: Sự trượt bên khi quay vòng 18

Hình 1.15: Các chi tiết chính của hệ thống lái có trợ lực thủy lực 19

Hình 1.16: Cấu tạo các chi tiết của hệ thống lái có trợ lực thủy lực 20

Hình 1.17: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian 21

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng 21

Hình 1.19: Các bộ phận của bộ phận trợ lực lái bằng điện 22

Hình 1.20: Cảm biến mômen 23

Hình 1.21: Mô tơ điện một chiều 23

Hình 2.1: Cấu tạo hệ thống lái của xe Hyundai HD65 24

Hình 2.2: Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng 25

Hình 2.3: Dẫn động lái của xe Hyundai HD65 27

Hình 2.4: Cấu tạo của bơm thủy lực trên Hyundai HD65 28

Hình 2.5: Kết cấu của van quay trong cơ cấu lái của xe 29

Hình 2.6: Khi xe đi thẳng 31

Hình 2.7: Khi xe rẽ phải 32

Hình 2.8: Khi xe rẽ trái 32

Hình 4.1: Tháo rã chi tiết xe Toyota Camry 44

Hình 4.2: Hoàn thiện mô hình hệ thống treo độc lập 45

Hình 4.3: Bộ phận giảm chấn đã cắt vỏ lộ cấu tạo bên trong 46

Hình 4.4: Cắt xi lanh con của phanh bánh xe 46

Hình 4.5: Mô hình hệ thống phanh, lái, treo hoàn thiện 47

Hình 4.6: Lò xò xoắn 48

Hình 4.7: Giảm chấn thủy lực 49

Hình 4.8: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh 53

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu

1.1.1 Công dụng

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 để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ô tô khi cần thiết

Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mô men từ

vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mô men truyền từ vành 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 Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng

1.1.2 Các trạng thái quay vòng của xe

Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức tạp Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định v1 xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng

R0 tương ứng Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ)

Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 người lái phải tăng góc quay vành lái một lượng 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 trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng) Ở những trạng thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn

1.1.3 Phân loại hệ thống lái

1.1.3.1 Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS);

+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS)

1.1.3.2 Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực

+ Hệ thống lái cơ khí;

+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thủy lực;

+ Hệ thống lái trợ lực bằng khí nén hoặc chân không;

+ Hệ thống lái trợ lực điện

1.1.3.3 Phân loại theo kết cấu 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…

1.1.3.4 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)

1.1.4 Yêu cầu của hệ thống lái ô tô

Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của

ô tô là hệ thống lái Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:

• Đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé;

• Lực tác dụng lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái;

• Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng;

• Hệ thống trợ lực phải có tính tùy động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng;

• Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái;

• Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái;

• Giữ chuyển động thẳng ổ định;

• Hệ thống lái phải được bố trí thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa

1.2 Hệ thống lái cơ khí

Hình 1.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái cơ khí

2 Cạnh bên hình thang lái 6 Đòn kéo dọc

3 Đòn kéo ngang 7 Đòn quay đứng

4 Cam quay 8 Cơ cấu lái

1.2.1 Vành lái

Vành lái có dạng vành tròn Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái

Vành lái của bất kỳ loại ô tô nào cũng có độ rơ nhất định, với xe tải không vượt quá 80

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

Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu điều khiển như: cơ cấu khóa lái để khóa cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái

1.2.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các bánh xe dẫn hướng Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải

1.2.3.1 Các yêu cầu của cơ cấu lái

Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

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

• Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái;

• Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết;

• Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái;

• Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất;

• Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thấp nhất và tuổi thọ cao;

• Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặt đường lên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhưng nếu độ

đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe Độ đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động

1.2.3.2 Hiệu suất thuận

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao

1.2.3.4 Một số loại cơ cấu lái thường dùng

1.2.3.4.1 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay;

+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay

Hình 1.4: 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

Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7 Cơ cấu lái này được dùng trước hết ở hệ thống lái không có trợ lực nó được dùng chủ yếu cho ôtô tải và ô tô khách

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

1.2.3.4.2 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 1.5: 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

1.2.3.4.3 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

Ưu điểm:

• Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác;

• 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 1.6: Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

1.2.3.4.4 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

Hình 1.7: Cơ cấu lái trục vít – cung răng 1,2 vòng đệm điều chỉnh

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 ô tô khác nhau

1.2.3.4.5 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

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 1.8: 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

3 Trục vít 8 Đai ốc hãm

4 Êcu bi 9 Bánh răng rẻ quạt

5 Ổ bi trên 10 Bi

Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm việc dự trữ rất lớn, vì vậy nó được dùng chủ yếu trên các loại ôtô cỡ lớn

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)

1.2.4 Góc đặt bánh xe

Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh xe

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)

1.2.4.1 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 1.9: 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

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

Hình 1.10: 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;

• 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 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

1.2.4.3 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;

• 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

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 1.12: 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 1.13: 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

1.2.4.5 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 1.14: 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

1.2.5 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

1.3 Hệ thống lái sử dụng trợ lực thủy lực

1.3.1 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

1.3.2 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

1.3.3 Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.15 Các chi tiết chính của hệ thống lái có trợ lực thủy lực

Hình 1.16 Cấu tạo các chi tiết của hệ thống lái có trợ lực thủy lực

1 - Nắp; 12 - Nắp trước; 22 - Kênh dẫn dầu;

2 - Đệm làm kín; 13 - Ổ bi chặn; 23 - Cung răng rẻ quạt;

3 - Nắp; 14 - Gioăng làm kín; 24 - Đòn quay đứng;

4 - Vỏ cơ cấu lái; 15 - Cửa dầu; 25 - Trục đòn quay;

5 - Pittông; 16 - Con trượt phân phối; 26 - Chốt định vị;

6 - Vòng hãm; 17 - Vỏ van phân phối; 27 - Đệm chặn;

7 - Trục vít; 18 - Đệm; 28 - Vít điều chỉnh;

8, 9 - Ống dẫn bi; 19 - Đai ốc; 29 - Bulông;

10 - Bi; 20 - Nắp trên; 30, 31 - Phớt làm kín;

11 - Xéc măng; 21 - Cơ cấu phản ứng; 32 - Gioăng làm kín;

1.3.4 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

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

Hình 1.17: 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

1.3.4.2 Khi quay vòng

Hình 1.18: 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

1.4 Hệ thống lái sử dụng trợ lực điện

Hình 1.19: Các bộ phận của bộ phận trợ lực lái bằng điện

Như ở phần trên đã đề cập đến, trợ lái thuỷ lực sử dụng công suất động

cơ để tạo áp suất thuỷ lực và tạo mômen trợ lực, do vậy làm tăng phụ tải động cơ, dẫn đến tốn nhiên liệu Do EPS dùng mô tơ điện nên không cần công suất động cơ và làm cho việc tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn Hệ thống EPS có các thiết bị chính như sau:

- ECU của EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá tình trạng xe và quyết định dòng điện cần đưa vào động cơ điện một chiều để trợ lực

- Cảm biến mômen

Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính Người ta bố trí các vòng phát hiện 1 và 2 trên trục sơ cấp (phía vô lăng) và vòng 3 trên trục thứ cấp (phía cơ cấu lái) Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối bằng một thanh xoắn Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu không tiếp xúc trên vòng ngoài để hình thành một mạch kích thích Khi tạo ra mô-men lái thanh xoắn bị xoắn tạo độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 Dựa trên độ lệch pha này, một tín hiệu tỷ lệ với mô men vào được đưa tới ECU Dựa trên tín hiệu này, ECU tính toán mô men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ

Hình 1.20: Cảm biến mômen

- Mô tơ điện một chiều (DC) và cơ cấu giảm tốc

+ Mô tơ DC bao gồm rô to, stato và trục chính Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít Mô-men do rô to tạo ra truyền tới cơ cấu giảm tốc Sau đó, mô men này được truyền tới trục lái Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ để giảm độ ồn Ngay dù mô tơ

DC bị hỏng không chạy chuyển động quay của trục lái chính và cơ cấu giảm tốc vẫn

không bị cố định nên vô lăng vẫn có thể điều khiển

Hình 1.21 Mô tơ điện một chiều