hệ thống lái của oto

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái Khi bạn xoay vành tay lái đi, đương nhiên chiếc xe của bạn sẽ chuyển hướng theo phía mà bạn muốn.. Hình 4: Hệ thống lái với bánh dẫn hướng t

HỆ THỐNG LÁI ÔTÔ

1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái

Khi bạn xoay vành tay lái đi, đương nhiên chiếc xe của bạn sẽ chuyển hướng theo phía mà bạn muốn Thế nhưng quan hệ “nhân quả” của chúng như thế nào? Chắc chắn sẽ có nhiều điều thú vị khi bạn tìm hiểu về nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe ô tô.

Sau đây sẽ là một số kiến thức cơ bản nhất về hệ thống chuyển hướng của xe Chúng ta sẽ cùng nghiên cứu về nguyên lý làm việc, một số hệ thống chuyển hướng cơ bản và ảnh hưởng của nó đến tính kinh tế nhiên liệu của xe Chúng ta hãy cùng xem xét cái gì làm cho chiếc xe chuyển hướng Chắc chắn nó không đơn giản như bạn nghĩ!

Hình 1: Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe hơi

Đầu tiên, bạn sẽ rất ngạc nhiên vì khi chuyển hướng, các bánh xe trước không đi theo cùng một hướng Tại sao vậy? Để chiếc xe chuyển hướng êm dịu, mỗi bánh

xe cần phải đi theo một đường tròn khác nhau Bởi vì bánh xe bên trong chuyển động theo một vòng tròn có bán kính nhỏ hơn, việc quay vòng khó khăn hơn so với bánh xe phía ngoài Nếu bạn vẽ một đường thẳng vuông góc với từng bánh xe, các

đường thẳng đó sẽ giao nhau tại tâm quay vòng Sơ đồ hình học dưới đây cho biết bánh xe bên trong sẽ phải quay nhiều hơn bánh xe ngoài

Hình 2: Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng

Từ trước đến nay tồn tại một cặp cơ cấu lái khác nhau Có thể tóm tắt chung nhất là

cơ cấu bánh răng - thanh răng (Rack-and-pinion) và trục vít – bánh vít (recirculating ball) Trước hết chúng ta cùng xem xét nguyên lý của hệ thống

bánh răng – thanh răng

Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng xuất hiện và rất nhanh được sử dụng phổ biến trên các xe ô tô du lịch và xe tải nhỏ, xe SUV Nó là một cơ cấu cơ khí khá đơn giản Một bánh răng được nối với một ống kim loại, một thanh răng được gắn trên một ống kim loại Một thanh nối (tie rod) nối với hai đầu mút của thanh răng

Bánh răng tròn được nối với trục tay lái Khi bạn xoay vành tay lái, bánh răng quay làm chuyển động thanh răng Thanh nối ở hai đầu thanh răng được gắn với một cánh tay đòn trên một trục xoay (hình 4)

Hình 4: Hệ thống lái với bánh dẫn hướng trong hệ thống treo độc lập

Cặp bánh răng – thanh răng làm hai nhiệm vụ:

- Chuyển đổi chuyển động xoay của vành tay lái thành chuyển động thẳng cần thiết

để làm đổi hướng bánh xe

- Nó cung cấp một sự giảm tốc, tăng lực để làm đổi hướng các bánh xe dễ dàng và chính xác hơn

Trên đa số xe hơi hiện nay người ta thường phải xoay vành tay lái ba đến bốn vòng

để chuyển hướng bánh xe từ cuối cùng bên trái sang tận cùng bên phải và ngược lại Tỉ số truyền của hộp tay lái là tỉ số biểu thị mối quan hệ của góc quay vành tay lái với góc mà bánh xe đổi hướng Ví dụ, nếu vành tay lái quay đượcmột vòng (360 độ) mà chiếc xe đổi hướng 20 độ, thì khi đó tỉ số lái là 360 chia 20 bằng 18: 1 Một

tỉ số cao nghĩa là bạn cần phải quay vành tay lái nhiều hơn để bánh xe đổi hướng theo một khoảng cách cho trước Tuy nhiên, một tỉ số truyền cao sẽ không hiệu quả bằng tỉ số truyền thấp Nhìn chung, những chiếc ô tô hạng nhẹ và thể thao có tỉ số này thấp hơn so với các xe lớn hơn và các xe tải hạng nặng Tỉ số thấp hơn sẽ tạo cho tay lái phản ứng nhanh hơn, bạn không cần xoay nhiều vành tay lái khi vào cua gấp, và đây chính là một đặc điểm có lợi cho các xe đua Các ô tô loại nhỏ này khá

nhẹ nên chỉ cần loại tay lái có tỷ số thấp, các loại xe lớn thường phải dùng loại hộp tay lái có tỷ số cao hơn đển giảm lực tác động của người lái khi điều khiển xe vào cua.

Một số chiếc xe có hộp số với tỷ số thay đổi được, vẫn sử dụng bộ bánh răng thanh răng nhưng có bước răng ở phần giữa và phần bên ngoài khác nhau (bước răng là

số răng trên một đơn vị độ dài) Điều này làm cho chiếc xe có phản ứng nhanh hơn khi bác tài bắt đầu đánh lái nhưng lại giảm được lực khi các bánh xe gần ở vị trí hạn chế

Hệ thống lái bánh răng-thanh răng có trợ lực

Hình 5: Sơ đồ hệ thống lái có trợ lực

Ở hệ thống lái này, thanh răng được thiết kế hơi khác so với loại thường một chút Một phần của thanh răng có chứa một xi lanh và một piston luôn ở vị trí giữa Piston được nối với thanh răng Có hai đường ống dẫn chất lỏng ở hai bên của piston Một dòng chất lỏng (thường là dầu thuỷ lực) có áp suất cao sẽ được bơm vào một đầu đường ống để đẩy piston dịch chuyển, hỗ trợ thanh răng chuyển dịch Như vậy, khi bạn đánh lái sang bên nào thì cũng có sự hỗ trợ của hệ thống thuỷ lực sang bên đó

Cơ cấu lái trục vít-êcu-bi-cung răng

Cơ cấu này hiện đang được sử dụng trên hầu hết các xe tải và SUV Sự liên kết của các chi tiết trong cơ cấu hơi khác với cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

Hình 6: Sơ đồ bố trí các chi tiết trong hệ thống lái

Bạn có thể tưởng tượng rằng cơ cấu có hai phần Phần thứ nhất là một khối kim loại có một đường ren rỗng trong đó Bên ngoài khối kim loại này có một vài răng

ăn khớp với một vành răng (có thể dịch chuyển một cánh tay đòn) Vành tay lái được nối với một trục có ren (giống như một cái êcu lớn) và ăn khớp với các rãnh ren trên khối kim loại nhờ các viên bi tròn (xem hình 7) Khi xoay vành tay lái, êcu quay theo Đáng lẽ khi vặn chiếc êcu này, nó phải đi sâu vào trong khối kim loại đúng theo nguyên tắc ren nhưng nó đã bị giữ lại nên khối kim loại phải di chuyển ngược lại Điều này đã làm cho bánh răng ăn khớp với khối kim loại này quay và dẫn đến di chuyển các cánh tay đòn làm các bánh xe chuyển hướng

Hình 7: Cơ cấu lái trục vít-êcu-bi-cung răng

Như trên hình vẽ đã thể hiện, chiếc êcu ăn khớp với khối kim loại nhờ các viên bi tròn Các bi này có hai tác dụng: một là nó giảm ma sát giữa các chi tiết Thứ hai,

nó làm giảm độ rơ của cơ cấu Độ rơ 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

Hệ thống trợ lực của cơ cấu lái này cũng tương tự như của cơ cấu lái bánh răng – thanh răng Việc hỗ trợ cũng được thực hiện bằng cách đưa dòng chất lỏng áp suất cao vào một phía của khối kim loại

Bơm thuỷ lực

Hình 8: Vị trí bơm trợ lực trong hệ thống lái

Để cung cấp cho hệ thống thuỷ lực hoạt động hỗ trợ cho hệ thống lái, người ta sử dụng một bơm thuỷ lực kiểu cánh gạt (hình 8) Bơm này được dẫn động bằng mô

men của động cơ nhờ truyền động puli - đai Nó bao gồm rất nhiều cánh gạt (van)

vừa có thể di chuyển hướng kính trong các rãnh của một rô to Khi rô to quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt này bị văng ra và tì sát vào một không gian

kín hình ô van Dầu thuỷ lực bị kéo từ đường ống có áp suất thấp (return line) và

bị nén tới một đầu ra có áp suất cao Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc vào tốc

độ của động cơ Bơm luôn được thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động

cơ chạy không tải, và do vậy nó sẽ cung cấp quá nhiều dầu khi động cơ hoạt động

ở tốc độ cao Để tránh quá tải cho hệ thống ở áp suất cao, người ta phải lắp đặt cho

hệ thống một van giảm áp (xem hình 9)

Hình 9: Kết cấu bơm trợ lực kiểu cánh gạt

Hệ thống trợ lực lái sẽ hỗ trợ người lái khi anh ta tác dụng một lực trên vành tay lái (khi muốn chuyển hướng xe) Khi người lái không tác động một lực nào (khi xe chuyển động thẳng), hệ thống không cung cấp bất cứ một sự hỗ trợ nào Thiết bị dùng để cảm nhận được lực tác động lên vành tay lái được gọi là van quay

Hình 10: Sơ đồ kết cấu van quay

Chi tiết chính của van quay là một thanh xoắn Thanh xoắn là một thanh kim loại mỏng có thể xoắn được khi có một mô men tác dụng vào nó Đầu trên của thanh xoắn nối với vành tay lái còn đầu dưới nối với bánh răng hoặc trục vít, vì vậy toàn

bộ mô men xoắn của thanh xoắn cân bằng với tổng mô men người lái sử dụng để làm đổi hướng bánh xe Mô men mà người lái tác động càng lớn thì mức độ xoắn của thanh càng nhiều

Đầu vào của trục tay lái là một thành phần bên trong của một khối van hình trụ ống Nó cũng nối với đầu mút phía trên của thanh xoắn Phía dưới của thanh xoắn nối với phía ngoài của van ống Thanh xoắn cũng làm xoay đầu ra của cơ cấu lái, nối với bánh răng hoặc trục vít phụ thuộc vào kiểu hệ thống lái

Khi thanh xoắn bị vặn đi, nó làm bên trong của van ống xoay tương đối với phía ngoài Do phần bên trong của van ống cũng được nối với trục tay lái (tức là nối với vành tay lái) nên tổng số góc quay giữa bên trong và ngoài của van ống phụ thuộc vào việc người lái xoay vành tay lái

Khi vành tay lái không có tác động, cả hai đường ống thuỷ lực đều cung cấp áp suất như nhau cho cơ cấu lái Nhưng nếu van ống được xoay về một bên, các

đường ống sẽ được mở để cung cấp dòng cao áp cho đường ống phía bên đó Tuy nhiên các hệ thống bổ trợ trên có hiệu quả thấp Chúng ta cùng nghiên cứu một số

hệ thống trong tương lai cho hiệu suất cao hơn

Hệ thống trợ lực lái

Vì bơm trợ lực lái làm việc liên tục nên rất lãng phí năng lượng của động cơ Bạn

sẽ thấy một vài hệ thống mới để có thể cải thiện tính kinh tế nhiên liệu của ô tô Một trong những ý tưởng mới mẻ đang nằm trên bàn giấy là hệ thống “steer-by-wire” hay “drive-by-wire”, tạm hiểu là lái bằng dây Những hệ thống này đã loại

bỏ hoàn toàn việc liên kết cơ khí giữa vành tay lái và hộp tay lái, thay thế chúng là

hệ thống điều khiển điện tử hoàn toàn Về cơ bản, vành tay lái có thể làm việc giống như bàn phím của bộ chơi game điện tử Nó có thể bao gồm các cảm biến để

“nói” cho chiếc xe của bạn biết bạn đang làm gì với bánh xe, và có vài mô tơ điện

để cung cấp cho người lái những phản hồi mà chiếc xe sẽ làm Đầu ra của các cảm biến này sẽ được sử dụng để điều khiển một hệ thống lái được cơ giới hoá Điều này sẽ làm rộng rãi thêm khoang chứa động cơ bởi vì không cần trục tay lái đồng thời tiếng ồn trong cabin xe cũng được giảm đáng kể

Mẫu concept Hy-wire của General Motor

Hãng General Motor đã từng giới thiệu một chiếc concept, đó là chiếc Hy-wire, đây là tên xe mang đặc điểm của hệ thống lái Một trong những điều thú vị nhất của hệ thống drive-by-wire được sử dụng trên chiếc GM Hy-wire là bạn có thể điều khiển chiếc xe cực kỳ chính xác mà không cần tác động lên bất cứ thành phần

cơ khí nào trên xe Tất cả những gì bạn là để điều chỉnh tay lái giống như một số phần mềm máy tính mới Trong các xe hơi drive-by-wire tương lai, vành tay lái

hình tròn có thể sẽ không tồn tại nữa Tất cả những gì để bạn dùng để chuyển hướng bánh xe chỉ là những núm, nút giống như dùng để điều chỉnh vị trí ghế ngồi hiện nay Như vậy, hệ thống lái của xe có thể được điều khiển bằng nhiều loại núm nút riêng biệt, phù hợp với sở thích của từng người trong một gia đình.

Trong 50 năm qua, hệ thống lái của xe không thay đổi nhiều lắm, nhưng chỉ cần một thập kỷ nữa thôi, bạn sẽ nhìn thấy những chiếc xe tiện nghi có hệ thống lái cực

kỳ thông minh và hiệu quả Bạn có tin như vậy không?

TOYOTA

Năm 1867 - Sakichi Toyoda ra đời

Năm 1890 - Sakichi Toyoda phát minh khung cửi dệt tay bằng gỗ mang tên

Toyoda

Năm 1894 - Kiichiro Toyoda ra đời

Khung cửi tự động (Type G)

Năm 1924 - Sakichi Toyoda hoàn thiện con thoi chạy suốt, biến khung cửi Toyoda thành khung cửi tự động (Loại G)

Năm 1929 - Kiichiro Toyoda đi du lịch sang châu Âu và Mỹ, khám phá ra xe oto.Năm 1930 - Kiichiro Toyoda đi vào nghiên cứu động cơ chạy bằng xăng

Năm 1933 - Công ty TNHH Khung cửi tự động Toyoda thiết lập lĩnh vực Oto

Sakichi Toyoda và Kiichiro Toyoda

Năm 1935 - Chiếc xe ô tô chở khách nguyên mẫu A1 được hoàn thành Cùng năm

đó xe tải G1 cũng hoàn thiện

Năm 1937 - Công ty TNHH Oto Toyota thành lập

Năm 1938 - Xe tải GB bắt đầu được chế tạo

Năm 1940 - Công ty TNHH Toyota Seiko thành lập.

Năm 1941 - Việc sản xuất xe oto chở khách AE bắt đầu hoạt động

Năm 1942 - Xe tải KB đi vào sản xuất

Năm 1943 - Xe chở khách AC và xe tải KC được chế tạo

Năm 1951 - Xe tải BX và Xe Toyota Jeep BJ (nay là Land Cruiser) được công bốNăm 1953 - Khẩu hiệu "Suy nghĩ tốt, sản phẩm tốt" được thiết lập

Năm 1954 - Toàn nhà công nghệ chính (trung tâm công nghệ) được hoàn thànhNăm 1955 - Toyopet Crown, Toyopet Master và Crown Deluxe được công bố

Chi nhánh bán hàng tại Mỹ (1957)Năm 1957 - Xe oto chở khách của Nhật đầu tiên được xuất khẩu sang Mỹ

Năm 1958 - Chi nhánh Toyota tại Brazil đi vào hoạt động

Văn phòng chính của Toyota (1960)

Năm 1960 - Trung tâm nghiên cứu và phát triển trung tâm của Toyota được thành lập

Năm 1961 - Publica dealerships (hiện nay là Toyota Corolla dealerships) đi vào hoạt động

Năm 1962 - Chiếc xe oto Toyota thứ một triệu được sản xuất trong nước

Năm 1963 - Xe buýt RK170B (hiện nay là xe Coaster) được công bố

Năm 1965 - Giải thưởng Deming được trao tặng

Năm 1967 - Toyota 2000GT, Hiace và Miniace được giới thiệu

Năm 1969 - Xuất khẩu tích luỹ đã đạt một tỷ đơn vị

Toyota Celica (1970)

Năm 1970 - Huân chương Tiêu chuẩn chất lượng đầu tiên tại Nhật Bản được trao tặng cho Toyota

Năm 1972 - Chiếc xe Toyota thứ 10 triệu được sản xuất trong nước

Năm 1974 - Quỹ tài trợ Toyota thành lập

Năm 1975 - Xuất khẩu tích luỹ đạt 5 tỷ đơn vị

Năm 1977 - Trung tâm công nghệ Toyota tại Mỹ được thành lập

Năm 1979 - Xuất khẩu tích luỹ đạt 10 tỷ đơn vị

Năm 1980 - Celica Camry và Cresta được giới thiệu

Năm 1981 - khánh thành Viện công nghệ Toyota

New United Motor Manufacturing, IncNăm 1984: Toyota và GM cùng hợp tác trong một dự án tại Mỹ Sau đó, New United Motor Manufacturing, Inc bắt đầu đi vào sản xuất.

Năm 1985 - Xuất khẩu tích luỹ đạt 20 tỷ đơn vị

Năm 1986 - Chiếc xe thứ 50 triệu đc sản xuất

Năm 1988 - Công ty chế tạo moto Toyota, Kentucky, đi vào hoạt động

Năm 1989 - Thành lập trung tâm thiết kế Tokyo

Năm 1990 - Trung tâm Điều hành và tiếp thị o tô Toyota tại châu Âu được thành lập

Nhà máy Toyota tại AnhNăm 1992 - Nhà máy Toyota Motors tại Anh bắt đầu đi vào sản xuất

Năm 1994 - RAV4L và RAV4J được giới thiệu

Năm 1995 - Avalon và Toyota Cavalier được công bố

Năm 1996 - Thành lập Viện nghiên cứu Genesis

Năm 1998 - Kênh kinh doanh Toyota Auto đổi tên thành Netz Toyota

Năm 1999 - Chiếc xe thứ 100 triệu đc sản xuất

Năm 2000 - Tập đoàn dịch vụ tài chính được thành lập qua các công ty tài chính Toyota trên toàn cầu

Năm 2002 - Toyota tham gia cuộc thi Formula One (F1)

Năm 2003 - Thành lập Toyota Home Inc

Năm 2006 - Khai trương chi nhánh Lexus tại Nhật Bản

Lịch sử động cơ ô tô

Động cơ chữ V, động cơ thẳng hàng, động cơ

rô-tô hay động cơ điện…đều không còn xa lạ với nhiều người Tuy nhiên, không phải ai cũng biết động cơ được ra đời như thế nào?

Ý tưởng về động cơ được hình thành từ năm 1506, từ những bức vẽ của danh họa nổi tiếng Leonardo de Vinci Hơn một thế kỉ sau, nhà vật lý học người Đức

Christian Huygens tiếp tục phát triển ý tưởng của Leonardo de Vinci khi thiết kế loại động cơ chạy bằng thuốc súng đầu tiên vào năm 1673 Tuy nhiên, loại động cơ này đã không được đưa vào sản xuất

Vào năm 1807, Francois Isaac De Rivaz, người Thụy Điển, đã phát minh ra loại động cơ đốt trong dùng hỗn hợp khí Hydro và Oxi làm nhiên liệu Rivaz cũng thiết

kế riêng một chiếc xe sử dụng động cơ này Tuy nhiên, thiết kế của ông đã không thành công như mong đợi

Năm 1823, dựa trên ý tưởng của Leonardo, Samual Brown cho ra đời một loại động cơ được cải tiến từ động cơ hơi nước Được chạy thử thành công trên một chiếc xe ở khu đồi Shooter (Anh) nhưng loại động cơ này đã không trở nên phổ biến vì nó khá lạc hậu so với tình hình giao thông lúc bấy giờ

Mãi tới năm 1860, lịch sử ngành động cơ xe hơi mới được chính thức bắt đầu khi chiếc xe chạy bằng động cơ đốt trong đầu tiên được cấp bằng sáng chế

1 Động cơ đốt trong