Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thiết bị smart carper 825 đo góc đặt bánh xe ô tô

LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống lái ô tô có chức năng điều khiển hướng chuyển động, đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng.. Trong quá trình chuyển độn

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-

NGUYỄN NGỌC PHƯỚC

54 CNOT

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

VÀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SMART CARPER 825 ĐO GÓC ĐẶT

BÁNH XE Ô TÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

NHA TRANG – 11/06/2016

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

-

NGUYỄN NGỌC PHƯỚC

54 CNOT

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

VÀ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SMART CARPER 825 ĐO GÓC ĐẶT

BÁNH XE Ô TÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Cán bộ hướng dẫn: TS Lê Bá Khang

NHA TRANG – 11/06/2016

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Phước

Lớp: 54CNOT

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Đề tài: “Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thiết bị

Smart Carper 825 đo góc đặt bánh xe ô tô”

Số trang: Số chương: Tài liệu tham khảo:

Hiện vật:

NHẬN XÉT

………

………

………

………

………

………

………

Kết luận ………

………

………

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Ngọc Phước

Lớp: 54CNOT

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Đề tài: “Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thiết bị

Smart Carper 825 đo góc đặt bánh xe ô tô”

Số trang: Số chương: Tài liệu tham khảo:

Hiện vật: NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ………

………

………

Kết luận………

………

Điểm phản biện

Bằng số Bằng chữ

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2016

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

(Ký ghi rõ họ tên)

Điểm chung

Bằng số Bằng chữ

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

CHƯƠNG 1 3

ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô 3

1.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống lái trên ô tô 3

1.1.1.1 Nhiệm vụ 3

1.1.1.2 Yêu cầu 3

1.1.1.3 Phân loại hệ thống lái 4

1.1.2 Cấu tạo chung của hệ thống lái trên ô tô 5

1.1.2.1 Hệ thống lái với cầu dẫn hướng loại liền 5

1.1.2.2 Hệ thống lái với cầu dẫn hướng loại cầu cắt 6

1.2 Cơ sở lý thuyết 7

1.2.1 Động học và động lực học quay vòng của ô tô 7

1.2.1.1 Các biện pháp quay vòng bánh xe dẫn hướng 7

1.2.1.2 Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài của bánh xe dẫn hướng 8

1.2.2 Các góc đặt bánh xe dẫn hướng 13

1.2.2.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng (góc Camber) 14

1.2.2.2 Góc nghiêng dọc của bánh xe dẫn hướng (độ chụm – toe in, toe out) 16

1.2.2.3 Góc nghiêng dọc của trụ quay đứng (góc Caster) 17

1.2.2.4 Góc nghiêng ngang của trụ quay đứng (góc Kingpin hoặc góc S.A.I – Steering exis inclinaton) 18

1.2.2.5 Set - back 20

1.2.2.6 Góc tổng hợp (Included Angle) 21

1.2.2.7 Góc lệch ngang (Thurst Angle) 21

1.3 Mối liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo đến góc đặt bánh xe và sự chuyển động ổn định ô tô 22

1.3.1 Trường hợp hệ thống treo độc lập 22

1.3.1.1 Hệ thống treo độc lập loại thanh giằng Macpherson 23

1.3.1.2 Hệ thống treo độc lập loại hình thang 23

1.3.1.3 Hệ thống treo độc lập loại đòn treo bán dọc 24

1.3.2 Trường hợp hệ thống treo phụ thuộc 25

1.3.2.1 Hệ thống treo phụ thuộc loại dầm xoắn 26

1.3.2.2 Hệ thống treo phụ thuộc loại bốn thanh nối 26

1.3.2.3 Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo lá(nhíp) 27

1.4 Giới thiệu một số hệ thống lái và hệ thống treo trên dòng xe KIA 27

1.4.1 Giới thiệu các dòng xe KIA 27

1.4.2 Hệ thống lái và hệ thống treo trên một số dòng xe KIA tại Nha trang 28 1.4.2.1 Xe KIA Morning 28

1.4.2.2 Xe KIA Cerato (Forte) 29

1.4.2.3 Xe KIA Carens 29

CHƯƠNG 2 31

ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG THIẾT BỊ SMART CARPER 825 31

2.1 Sự cần thiết phải cân chỉnh góc lái 31

2.1.1 Vấn đề cân chỉnh góc đặt bánh xe 31

2.1.1.1 Hiện tượng mất lái 31

2.1.1.2 Mục đích của việc cân chỉnh góc đặt bánh xe 31

2.1.1.3 Các góc đặt bánh xe cần chú ý khi cân chỉnh góc lái 32

2.1.2 Các công việc khi điều chỉnh góc lái 32

2.1.3 Các phương pháp xác định và điều chỉnh góc đặt bánh xe ô tô 33

2.1.3.1 Các phương pháp xác định góc đặt bánh xe ô tô 33

2.1.3.2 Xác định và điều chỉnh góc đặt bánh xe ô tô bằng phương pháp xử lý hình ảnh (Thiết bị Smart Carper 825) 33

2.2 Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị Smart Carper 825 35

2.2.1 Đặc điểm cấu tạo 35

2.2.1.1 Các bộ phận chính 35

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 44

2.2.3 Hướng dẫn sử dụng 52

2.2.3.1 Điều chỉnh giá trị bánh xe (F1) 53

2.2.3.2 Nhập dữ liệu cơ bản (F2) 62

2.2.3.3 Kiểm tra dữ liệu khách hàng (F3) 63

2.2.3.4 Tham khảo (F4) 65

2.2.3.5 Cài đặt cơ bản (F5) 65

CHƯƠNG 3 67

ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SMART CARPER 825 ĐO, ĐIỀU CHỈNH GÓC ĐẶT BÁNH XE Ô TÔ 67

3.1 Ứng dụng thiết bị Smart Carper 825 đo, điều chỉnh góc đặt bánh xe cho dòng xe KIA 67

3.1.1 Quy trình đo kiểm 67

3.1.2 Tiến hành đo kiểm 67

3.1.3 Thu nhận dữ liệu đo kiểm 76

3.1.3.1 Trường hợp 1 76

3.1.3.2 Trường hợp 2 83

3.1.3.3 Trường hợp 3 87

3.2 Ứng dụng thiết bị Smart Carper 825 đo, điều chỉnh góc đặt bánh xe cho dòng xe khác – Dòng xe Mazda 92

3.2.1 Thông tin xe 92

3.2.2 Phản ánh của khách hàng 92

3.2.3 Biểu hiện ở lốp xe 92

3.2.4 Tiến hành đo kiểm 92

CHƯƠNG 4 95

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 95

4.1 Kết Luận 95

4.1.1 Kết quả đạt được 95

4.1.2 Kết quả chưa đạt được 95

4.2 Đề xuất 96

PHỤ LỤC 97

HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT THIẾT BỊ SMART CARPER 825 97

1) Lắp đặt thanh dọc chính 97

2) Lắp đặt thanh ngang 98

3) Cài đặt địa chỉ IP của camera 99

4) Thông số camera và chương trình cài đặt 101

5) Bộ xử lý 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống lái đơn giản 5

Hình 1-2: Dẫn động lái có đòn ngang của hình thang lái loại rời 7

Hình 1-3: Quay vòng ô tô với tâm quay tức thời O 8

Hình 1-4: Hình thang lái bốn khâu 10

Hình 1-5: Sơ đồ hình thang lái trên dầm cầu liền 10

Hình 1-6: Sơ đồ hình thang lái sử dụng trục thanh răng làm thanh lái ngang 11

Hình 1-7: Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác động của lực bên 11

Hình 1-8: Sơ đồ chuyển động quay vòng của ô tô khi bị biến dạng bên 12

Hình 1-9: Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính năng quay vòng thiếu, quay vòng thừa 13

Hình 1-10: Góc camper của bánh xe dẫn hướng 14

Hình 1-11: Tác dụng của góc Camber dương 15

Hình 1-12: Tác dụng của góc Camber âm 16

Hình 1-13: Độ chụm đầu của bánh xe dẫn hướng 17

Hình 1-14: Góc Caster 18

Hình 1-15: Góc Kingpin 19

Hình 1-16: Định nghĩa Set – back 20

Hình 1-17: Định nghĩa góc tổng hợp 21

Hình 1-18: Góc lệch ngang âm, góc lệch ngang dương 21

Hình 1-19: Kết cấu một số loai hệ thống treo độc lập điển hình 22

Hình 1-20: Kết cấu hệ thống treo độc lập loại Macpherson 23

Hình 1-21: Kết cấu hệ thống treo độc lập loại hình thang 23

Hình 1-22 Kết cấu hệ thống treo độc lập kiểu đòn treo bán dọc 24

Hình 1-23: Kết cấu một số loai hệ thống treo phụ thuộc điển hình 25

Hình 1-24: Kết cấu hệ thống treo phụ thuộc loại dầm xoắn 26

Hình 1-25: Kết cấu hệ thống treo phụ thuộc loại bốn thanh nối 26

Hình 1-26: Kết cấu hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo lá 27

Hình 1-27: Xe KIA Morning MT 28

Hình 1-28: Hệ thống treo trước và treo sau xe KIA Morning 28

Hình 1-29: Xe KIA Cerato 2009 29

Hình 1-30: Hệ thống treo trước và treo sau xe KIA Cerato 29

Hình 1-31: Xe KIA Carens 2013 29

Hình 1-32: Hệ thống treo trước và treo sau xe KIA Carens 30

Hình 2-1: Tổng thể thiết bị Smart Carper 825 35

Hình 2-2: Cấu tạo bảng tín hiệu và giá kẹp 38

Hình 2-3: Cấu tạo bảng tín hiệu 39

Hình 2-4: Kích thước các mục tiêu của bảng tín hiệu 40

Hình 2-5: Mô phỏng sự phản quang của bảng tín hiệu 40

Hình 2-6: Vị trí các chân của camera 41

Hình 2-7: Vị trí đèn LED trên bảng mạch camera 42

Hình 2-8: Cầu nâng cắt kéo thủy lực 2 cấp Heshbon HL – 52N 43

Hình 2-9: Mô phỏng vùng hoạt động của camara 44

Hình 2-10: Sơ đồ khối biểu thị nguyên lý làm việc của thiết bị 44

Hình 2-11: Các chỉ số đèn LED trên bảng mạch camera 45

Hình 2-13: Mô phỏng sự lăn bánh xe khi đo kiểm 46

Hình 2-14: Chuyển động của một điểm trong thời gian định vị 47

Hình 2-15: Quy trình đo RCP 48

Hình 2-16: Ví dụ về nguyên lý hoạt động của camera khi mục tiêu không dịch chuyển 48

Hình 2-17: Ví dụ về nguyên lý hoạt động của camera khi mục tiêu dịch chuyển 49 Hình 2-18: Hoạt động của cảm biến CCD 51

Hình 2-19: Nguyên lý hoạt động của bộ xử lý hình ảnh 51

Hình 2-20: Màn hình chính 1 của chương trình 53

Hình 2-21: Màn hình chính 2 của chương trình 53

Hình 2-22: Màn hình lựa chọn hãng xe và dòng xe 53

Hình 2-23: Màn hình nhập thông tin khách hàng 54

Hình 2-24: Màn hình tìm kiếm dữ liệu 55

Hình 2-25: Màn hình kết nối bánh xe 1 56

Hình 2-26: Màn hình kết nối bánh xe 2 56

Hình 2-27: Màn hình lăn bốn bánh xe 56

Hình 2-28: Màn hình lăn bốn bánh xe1 57

Hình 2-29: Màn hình lăn bốn bánh xe2 57

Hình 2-30: Màn hình lăn bốn bánh xe 3 57

Hình 2-31: Màn hình lăn bốn bánh xe 4 58

Hình 2-32: Màn hình hiển thị các thông số góc đặt bánh xe chung 58

Hình 2-33: Màn hình hiển thị đánh lái 59

Hình 2-35: Màn hình điều chỉnh thông số bánh xe sau 60

Hình 2-36: Màn hình điều chỉnh thông số bánh xe trước 61

Hình 2-37: Màn hình điều chỉnh góc caster 62

Hình 2-38: Màn hình điều chỉnh góc Camber và độ chụm 62

Hình 2-39: Màn hình chính 1 63

Hình 2-40: Màn hình chính 2 63

Hình 2-41: Màn hình chính 64

Hình 2-42: Màn hình tìm kiếm dữ liệu khách hàng 64

Hình 2-43: Màn hình hiển thị thông số góc đặt bánh xe ô tô 65

Hình 2-44: Màn hình chọn chế độ tham khảo 65

Hình 2-45: Màn hình nhập thông tin người dùng 66

Hình 3-1: Chạy xe lên cầu nâng 68

Hình 3-2: Điều chỉnh hai bánh trước lên bàn xoay 68

Hình 3-3: Khóa vô lăng 69

Hình 3-4: Nâng cầu nâng thủy lực 69

Hình 3-5: Lắp bảng tín hiệu vào vành bánh xe 70

Hình 3-6: Cân bằng cho bảng tín hiệu 71

Hình 3-7: Màn hình chính của máy tính 72

Hình 3-8: Màn hình chính của chương trình 72

Hình 3-9: Màn hình lựa chọn chức năng chính của chương trình 72

Hình 3-10 Lựa chọn hãng xe 73

Hình 3-11: Lựa chọn dòng xe 73

Hình 3-12: Màn hình xác nhận kết nối các bảng tín hiệu 73

Hình 3-13: Màn hình lăn bánh xe 74

Hình 3-14: Thao tác lăn bánh xe 74

Hình 3-15: Màn hình xác nhận vị trí bánh xe 74

Hình 3-16: Màn hình lăn bánh xe 75

Hình 3-17: Màn hình xác nhận vị trí bánh xe 75

Hình 3-18: Màn hình lăn bánh xe 75

Hình 3-19: Màn hình xác nhận vị trí bánh xe 76

Hình 3-20: Màn hình hiển thị thông số góc đặt bánh xe 76

Hình 3-21: Thao tác tháo chốt định vị bàn xoay và ống nối 76

Hình 3-22: Biểu hiện mòn lốp sau 77

Hình 3-23: Màn hình hiển thị thông số trước khi điều chỉnh 78

Hình 3-24: Thao tác điều chỉnh độ chụm bẹt của bánh xe trước 81

Hình 3-25: Kỹ thuật viên điều chỉnh độ chụm bẹt 81

Hình 3-26: Màn hình hiển thị thông số sau khi điều chỉnh 82

Hình 3-27: Tháo cụm cơ cấu lái – thước lái ra ngoài 84

Hình 3-28: Kiểm tra lấy dấu vị trí giữa hai cụm chi tiết 82

Hình 3-29: Màn hình hiển thị thông số trước khi điều chỉnh 83

Hình 3-30: Màn hình hiển thị thông số trước khi điều chỉnh 86

Hình 3-31: Biểu hiện mòn hai bánh xe trước 88

Hình 3-32: Biểu hiện mòn hai bánh xe sau 88

Hình 3-33: Màn hình hiển thị giá trị trước khi điều chỉnh 89

Hình 3-34: Điều chỉnh góc Camber 90

Hình 3-35: Điều chỉnh góc chụm bẹt 90

Hình 3-36: Màn hình hiển thị giá trị ở chế độ 3D 91

Hình 3-37: Thao tác nâng cầu nâng phụ và tháo bánh xe 93

Hình 3-38: Thao tác điều chỉnh góc Camber 94

Hình 3-39: Màn hình hiển thị giá trị sau khi điều chỉnh ở chế độ 3D 94

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống lái ô tô có chức năng điều khiển hướng chuyển động, đảm bảo tính năng

ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng Trong quá trình chuyển động hệ thống lái nói chung cũng như các góc đặt bánh xe nói riêng ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với xe có tốc độ cao

Do yêu cầu và mức độ quan trọng nêu trên, các nhà khoa học trong lĩnh vực ô tô không ngừng nghiên cứu, cải tiến hệ thống lái cũng như ứng dụng các thiết bị đo chỉnh

kỹ thuật cao để kịp thời phát hiện và điều chỉnh các thông số của hệ thống lái, giúp tiết kiệm thời gian kiểm tra và chạy thử, nâng cao tính năng của nó Xuất phát từ yêu cầu

đó, em đã được giao thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thiết bị Smart Carper 825 đo góc đặt bánh

Chương 2: Đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị Smart Carper 825

Chương 3: Ứng dụng thiết bị Smart Carper 825 đo, điều chỉnh góc đặt bánh xe ô tô Chương 4: Kết luận và đề nghị

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm bài đồ án, giờ đã hoàn thành Em xin chân thành cảm ơn trường Đại Học Nha Trang và Công ty Cổ Phần Ô Tô Trường Hải chi nhánh Nha Trang đã tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập và tìm hiểu Đặc biệt là thầy Lê Bá Khang đã tận tình giúp đỡ cho em hoàn tất đồ án tốt nghiệp chuyên ngành công nghệ

kỹ thuật ô tô với đề tài “ Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thiết bị Smart Carper 825 đo góc đặt bánh xe ô tô” Thầy đã dành cho em

những hướng dẫn kịp thời, quan trọng và cần thiết nhất, những ý kiến hay và những tài liệu quý giá trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn ô tô đã chỉ dẫn và cung cấp cho em những tư liệu quý báu nhất để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian nghiên cứu đề tài có hạn nên trong báo cáo chắc chắn còn nhiều thiếu sót và hạn chế, rất mong được sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo của quý thầy!

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô

1.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống lái trên ô tô

1.1.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đổi hay duy trì) theo tác động của người lái Đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động

3) Hồi vị êm

Trong khi xe quay vòng, người lái phải giữ vô lăng chắc chắn Tuy nhiên sau khi quay vòng xong hồi vị (sự quay về vị trí chuyển động thẳng của vô lăng) phải xảy ra

êm dịu khi người lái nới lỏng tay lái

4) Giảm tối thiểu sự truyền các va đập từ mặt đường

Không để các va đập từ mặt đường xấu làm mất điều khiển tay lái cũng như sự nẩy ngược của vô lăng

1.1.1.3 Phân loại hệ thống lái

2) Theo số lượng cầu dẫn hướng

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu

3) Theo kết cấu của cơ cấu lái

- Hệ thống lái với cơ cấu lái loại trục vít – cung răng

- Hệ thống lái với cơ cấu lái loại trục vít – con lăn

- Hệ thống lái với cơ cấu lái loại trục vít – bánh vít

- Hệ thống lái với cơ cấu lái loại trục vít chốt quay

- Hệ thống lái với cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng)

- Hệ thống lái với cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng

4) Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực

- Hệ thống lái có trợ lực thủy lực

- Hệ thống lái có trợ lực khí nén

- Hệ thống lái có trợ lực điện

1.1.2 Cấu tạo chung của hệ thống lái trên ô tô

1.1.2.1 Hệ thống lái với cầu dẫn hướng loại liền

Cầu dẫn hướng loại liền có hệ thống treo phụ thuộc Bố trí chung của hệ thống lái loại này được chỉ ra trên hình 1-1

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống lái đơn giản

1 Bánh xe dẫn hướng; 2 Trụ cam xoay; 3 Dầm cầu; 4,8,17 Các khớp cầu;

5 Đòn kéo ngang; 6 Ngõng quay bánh xe; 7, 18 Thanh bên; 9 Đòn kéo dọc;

10 Hộp cơ cấu lái; 11 Trục vào cơ cấu lái; 12 Khớp cardan; 13 Trục lái;

14 Vành tay lái; 15 Đòn quay; 16 Thanh lái ngang

Hệ thống lái loại này thường được bố trí trên ô tô khách và tải, bao gồm các cộ phận chính:

1) Vành lái: cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực của người điều khiển từ vành lái đến cơ cấu lái

2) Cơ cấu lái: có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và khuếch đại lực điều khiển trên vành tay lái

3) Dẫn động lái: bao gồm đòn quay đứng 15, đòn kéo dọc 9, đòn kéo ngang 5, ngõng quay 6 Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng 15 thành chuyển động góc của ngõng quay bánh xe dẫn hướng

4) Hình thang lái: ba khâu 7, 16 và 18 hợp với dầm cầu dẫn hướng tạo thành bốn khâu dạng hình thang, nên gọi là hình thang lái, có nhiệm vụ tạo chuyển động góc của hai bánh xe dẫn hướng theo một quan hệ xác định bảo đảm các bánh xe không bị trượt khi quay vòng

1.1.2.2 Hệ thống lái với cầu dẫn hướng loại cầu cắt

Cầu cắt thuộc hệ thống treo độc lập, bố trí chung của hệ thống lái loại này được chỉ ra trên hình 1-2

a)

b)

1.2 Cơ sở lý thuyết

1.2.1 Động học và động lực học quay vòng của ô tô

1.2.1.1 Các biện pháp quay vòng bánh xe dẫn hướng

Để thực hiện quay vòng ô tô, có thể sử dụng một trong các biện pháp:

Biện pháp thứ nhất: quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vòng đồng thời các bánh dẫn hướng phía trước và sau

Biện pháp thứ hai: truyền mô men quay có trị số khác nhau tới các bánh xe dẫn hướng chủ động bên phải và bên trái, đồng thời sử dụng thêm phanh để hãm các bánh

xe phía trong so với tâm quay vòng khi cần quay vòng ngoặc Biện pháp này thường được sử dụng ở những loại máy kéo bánh xe cỡ lớn với các bánh đều là chủ động Biện pháp thứ ba: kết hợp cả hai biện pháp nói trên và quay vòng phần khung phía trước Biện pháp này thường sử dụng ở loại máy kéo bánh xe có khung rời

1.2.1.2 Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài của bánh xe dẫn hướng

Muốn vậy góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải là khác nhau (β< α)

Hình 1-3: Quay vòng ô tô với tâm quay tức thời O

Từ sơ đồ trên, rút ra biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt lết khi xe vào đường vòng:

Cotgβ – Cotgα = 𝐵

𝐿Trong đó:

β – Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài so với tâm quay;

α – Góc quay của trục bánh xe dẫn hướng bên trong so với tâm quay;

B – Khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng ;

L – Chiều dài cơ sở

Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ động học quay vòng giữa các bánh xe dẫn hướng, trên ô tô hiện nay người ta thường phải sử dụng hệ thống các khâu khớp tạo nên hình thang lái

Cấu tạo hình thang lái

Hình thang lái là một hình tứ giác gồm bốn khâu (Hình 1-4): dầm cầu, thanh lái ngang và hai thanh bên Ở vị trí trung gian tứ giác này có dạng hình thang nên được gọi

là hình thang lái Để đảm bảo quan hệ giữa góc quay của bánh xe bên trong và bánh xe bên ngoài để các bánh xe cùng quay trên một tâm quay tức thời thì kích thước của các thanh lái ngang, thanh bên và góc θ phải có những giá trị xác định

Ở một số ô tô do kết cấu của hệ thống treo mà hệ thống lái khác nhau nên hình thang lái cũng được suy diễn theo

Hình 1-4: Hình thang lái bốn khâu

Hình 1-5: Sơ đồ hình thang lái trên dầm cầu liền

Trên hình 1-5, thể hiện hệ thống treo phụ thuộc dầm cầu liền, nên các chi tiết và hình dạng của hình thang lái tương tự như ở sơ đồ hình 1-4 Vì vậy, để điều chỉnh được góc θ bảo đảm mối quan hệ giữa góc quay của bánh xe ngoài và bánh xe trong thì thanh lái ngang có kết cấu sao cho có thể điều chỉnh được kích thước vì kích thước của dầm liền và hai thanh bên là cố định

Còn trên ô tô hệ thống treo độc lập và cơ cấu lái loại trục răng thanh răng thì có thể kết hợp thanh răng làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái (Hình 1-6)

Hình 1-6: Sơ đồ hình thang lái sử dụng trục thanh răng làm thanh lái ngang

2) Đặc tính quay vòng thiếu, thừa và trung tính và các yếu tố ảnh hưởng

- Ảnh hưởng của độ đàn hồi của lốp tới quay vòng ô tô

Hình 1-7 biểu thị biến dạng của lốp đàn hồi của một bánh xe dưới tác dụng của lực bên

Hình 1-7: Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác động của lực bên

Diện tích abcd biểu thị vết tiếp xúc của lốp với mặt đường Giả sử lực bên tác dụng lên bánh xe chưa vượt quá lực bám của bánh xe với mặt đường, khi đó sẽ xảy ra hiện tượng lệch bên của lốp, có nghĩa là vùng tiếp xúc của lốp với mặt đường sẽ bị lệch đi một góc δ so với mặt phẳng quay của bánh xe, gọi là góc lệch bên

- Đặc tính quay vòng

Hình 1-8: Sơ đồ chuyển động quay vòng của ô tô khi bị biến dạng bên

Trong đó:

𝑃𝑗𝑦 – lực quán tính ngang quay vòng

𝛿1 - góc lệch bên (góc giữa vết tiếp xúc của lốp bánh trước với mặt đường do lệch bên với mặt phẳng quay của bánh xe)

𝛿2 - góc lệch bên (góc giữa vết tiếp xúc của lốp bánh sau với mặt đường do lệch bên với mặt phẳng quay của bánh xe)

𝑣1- vận tốc tịnh tiến của tâm trục trước

𝑣2- vận tốc tịnh tiến của tâm trục sau

Trường hợp 𝛿1= 𝛿2 : xe có tính năng quay vòng định mức Ở trường hợp này để giữ cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác dụng thì người lái cần quay vành tay lái

để xe lệch khỏi trục đường một góc δ = 𝛿1= 𝛿2

a) b)

Hình 1-9: Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính năng quay vòng thiếu, quay vòng thừa a) Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính

năng quay vòng thiếu

b) Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính

năng quay vòng thừa

Trường hợp 𝛿1> 𝛿2 : xe có tính năng quay vòng thiếu Ở trường hợp này xe có khả năng tự giữ được hướng chuyển động thẳng nhờ lực ly tâm 𝑃𝑗𝑦 có chiều ngược với chiều tác động của lực Y

Trường hợp 𝛿1< 𝛿2 : xe có tính năng quay vòng thừa Ở trường hợp này xe bị mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm 𝑃𝑗𝑦 trùng với chiều của lực tác động Y

1.2.2 Các góc đặt bánh xe dẫn hướng

Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiền xe, tính

ổn định chuyển động của ô tô Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác

Ô tô có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh vô lăng Nếu ô tô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng

để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng thì sẽ gây nên sự mệt mỏi và căng thẳng khi điều khiển Đó là điều không mong muốn, vì vậy để khắc phục được các vấn đề trên thì các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định tùy theo yêu cầu nhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng của từng loại Những góc này gọi chung là góc đặt bánh xe

1.2.2.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng (góc Camber)

1) Định nghĩa

Góc Camber là góc của bánh xe, được đo bằng độ, khi nhìn từ phía trước của chiếc xe Khi đỉnh bánh xe nghiêng ra phía ngoài, được gọi là Camber dương Ngược lại, nghiêng vào vào phía trong được gọi là Camber âm (Hình 1-10)

Hình 1-10: Góc camper của bánh xe dẫn hướng

2) Chức năng của góc Camber

- Giảm tải theo phương thẳng đứng:

Nếu góc Camber bằng không, tải trọng tác dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F) Nó làm trục hay cam quay bị cong Việc đặt góc Camber dương sẽ làm tải tác dụng vào phía trong của trục, ký hiệu “F”, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay (Hình 1-11b)

- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe:

Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng phân bố trên cầu xe, tác dụng lên bánh xe theo phương vuông góc với mặt đường F được phân tích thành F1 vuông góc với đường tâm trục và F2 song song với đường tâm trục Lực F2 đẩy bánh xe vào trong ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này (Hình 1-11a)

a) b)

Hình 1-11: Tác dụng của góc Camber dương

a) Tác dụng ngăn ngừa sự tụt bánh xe b) Tác dụng giảm tảo theo phương thẳng đứng

- 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 mô men 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 lái

- Tác dụng của góc Camber âm:

Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc Camber, lốp có xu hướng lún xuống Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng, lúc đó tính đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này nên tác dụng lên mặt đường theo chiều vào trong Kết quả là sinh ra phản lực B gọi là lực Camber (Hình 1-12) Lực Camber tăng cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải

Hình 1-12: Tác dụng của góc Camber âm

Góc Camber cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc Camber bằng không là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc Camber dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh

1.2.2.2 Góc nghiêng dọc của bánh xe dẫn hướng (độ chụm – toe in, toe out)

1) Định nghĩa

Độ chụm là độ lệch của phần trước và phần sau bánh xe khi nhìn từ trên xuống Khi phần phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn so với phần phía sau gọi là “độ chụm”, ngược lại gọi là “độ choãi”

Hình 1-13: Độ chụm đầu của bánh xe dẫn hướng

Góc nghiêng dọc xác định khi không tải trên nền phẳng (V= B - A)

2) Tác dụng của độ chụm đầu

Độ chụm đầu bảo đảm cho hai bánh xe dẫn hướng song song nhau khi lăn trên mặt đường, nhờ vậy ổn định được việc lái xe, tránh tình trạng rê ngang và giúp vỏ xe mòn đều

1.2.2.3 Góc nghiêng dọc của trụ quay đứng (góc Caster)

1) Định nghĩa

Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay đứng Được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng khi nhìn từ cạnh

xe

Nếu trục xoay đứng nghiêng ra phía sau bánh xe gọi là góc Caster dương

Nếu trục xoay đứng nghiêng ra phía trước bánh xe gọi là góc Caster âm

Hình 1-14: Góc Caster

2) Ảnh hưởng của góc Caster

Ổn định chạy thẳng: góc Caster có khả năng giữ cho hai bánh xe dẫn hướng tiến thẳng ổn định Giúp chống trả lại các khuynh hướng làm cho xe bị dạt qua phía này hay phía kia, lệch ra khỏi vị trí hướng thẳng trong khi di chuyển

Làm tăng khả năng quay trở lại của bánh xe dẫn hướng

1.2.2.4 Góc nghiêng ngang của trụ quay đứng (góc Kingpin hoặc góc S.A.I – Steering exis inclinaton)

1) Định nghĩa

Góc nghiêng ngang trụ quay đứng là góc kết cấu đặt nghiêng trụ đứng, được đo trên mặt phẳng ngang giữa đường tâm trụ đứng với mặt phẳng đối xứng dọc của xe Góc nghiêng ngang trụ quay dứng thường nghiêng phía trên vào trong khi nhìn từ trước

xe

Để giảm bớt lực lái, có hai cách :

+ Làm nghiêng trục quay đứng, tăng góc Kingpin

+ Làm lốp có góc Camper dương

Giảm lực phản hồi và lực kéo lệch sang một bên Nếu khoảng lệch quá lớn, lực dẫn động (lực đẩy xe) hoặc lực hãm sẽ tạo ra một mô men quay quanh trục quay đứng lớn, tỷ lệ thuận với khoảng lệch Mặc 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 Nếu góc nghiêng của các trụ quay đứng bên phải và bên trái

khác nhau thì xe sẽ bị kéo lệch về phía có góc nghiêng nhỏ hơn (có khoảng lệch lớn hơn)

Khi bảo dưỡng hoặc sửa chữa, phải điều chỉnh các góc Kingpin bằng nhau nếu không sẽ tạo ra độ lệch ở hai bên bánh xe khác nhau Điều này gây ảnh hưởng xấu cho

xe vì nếu góc quay vô lăng sang bên phải và bên trái khác nhau thì mô men quay quanh trụ quay đứng cũng khác nhau (mô men xuất hiện khi phanh xe hoặc lực phanh sẽ phát sinh ở phía có góc quay vô lăng nhỏ hơn)

1.2.2.5 Set - back

1) Định nghĩa

Set - back là độ khác nhau của hai góc tạo nên do hai bánh xe trước với trục xoay

xe trong quá trình xe quay vòng Bánh xe bên trong đánh một vòng cung nhỏ hơn bánh

xe bên ngoài Vì vậy bánh xe bên trong phải có độ bẹt lớn hơn để đảm bảo lốp xe không bị ăn mòn nhanh

Hình 1- 16: Định nghĩa Set – back

2) Ảnh hưởng của Set - back

- Lệch bánh trước gây mòn lốp

- Ở trục trước, một bánh xe nhô lên trước so với bánh xe kia nên tay lái không thẳng dù

xe đi thẳng trên đường phẳng

Là góc lệch giữa trục trung tâm của xe và trục chuyển động của xe

Hình 1-18: Góc lệch ngang âm, góc lệch ngang dương

Góc lệch ngang âm: trục bánh sau hướng sang trái

Góc lệch ngang dương: trục bánh sau hướng sang phải

2) Ảnh hưởng

Góc lệch ngang gây mòn lốp – hoa lốp hình răng cưa

Hướng đi của trục bánh sau khác với hướng thẳng của xe nên tay lái không thẳng dù xe đang chạy trên đường bằng phẳng

1.3 Mối liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo đến góc đặt bánh xe và sự chuyển động ổn định ô tô

Hệ thống treo kết hợp với đòn ngang của hệ thống lái để tạo nên hình thang lái, giúp

xe quay vòng

Quyết định giá trị các góc đặt bánh xe

1.3.1 Trường hợp hệ thống treo độc lập

Mỗi bánh xe được đỡ bởi một đòn treo độc lập, được lắp lên thân xe qua một lò

xo Loại hệ thống treo này có thể hấp thụ có hiệu quả độ nhấp nhô của mặt đường xẫu

và mang lại tính êm dịu chuyển động cao do từng bánh xe chuyển động lên xuống độc lập so với các bánh xe khác

Hình 1-19: Kết cấu một số loai hệ thống treo độc lập điển hình

A – Hệ thống treo độc lập loại thanh giằng Macpherson

B – Hệ thống treo độc lập loại hình thang

C – Hệ thống treo độc lập loại đòn treo bán dọc

1.3.1.1 Hệ thống treo độc lập loại thanh giằng Macpherson

Hình 1-20: Kết cấu hệ thống treo độc lập loại Macpherson

1 – Thanh ổn định; 2 – Đòn treo dưới; 3 – Lò xo trụ; 4 – Giảm chấn

Đây là kiểu hệ thống treo độc lập sử dụng rộng rãi nhất ở hệ thống treo trước của

các xe du lịch nhỏ và trung bình Giảm chấn đóng vai trò vừa là trụ xoay của bánh xe

dẫn hướng và giảm chấn

Do khoảng cách giữa các điểm đỡ hệ thống treo lớn nên có sự thay đổi nhỏ của

góc đặt bánh trước do lỗi lắp ráp hay do lỗi chế tạo chi tiết Vì vậy, trừ độ chụm, bình

thường không cần thiết điều chỉnh các góc đặt bánh xe

1.3.1.2 Hệ thống treo độc lập loại hình thang

Hình 1-21: Kết cấu hệ thống treo độc lập loại hình thang

1 – Đòn treo trên; 2 – Giảm chấn; 3 – Lò xo trụ;

4 – Đòn treo dưới; 5 – Thanh ổn định

Được sử dụng rộng rãi cho xe dẫn động bánh sau

Ở kiểu này, các bánh xe nối với thân nhờ các đòn dưới và các đòn trên Kết cấu hình học của hệ thống treo có thể được thiết kế như mong muốn theo chiều dài của các đòn dưới và đòn trên và góc nối chúng

Nếu đòn dưới và đòn trên song song và có chiều dài bằng nhau thì khoảng cách giữa các bánh xe dao động còn góc Camber không đổi khi bánh xe nhún lên hoặc nhún xuống Tuy nhiên, mặc dù bản thân góc Camber khong đổi nhưng góc Camber lốp – đường của bánh xe ngoài sẽ trở nên dương do sự nghiêng khi quay vòng Vì vậy không đạt tính năng quay vòng hoàn hảo, sự thay đổi khoảng cách bánh xe sẽ gây ra sự mòn lốp nhanh

Thông thường thiết kế đòn trên ngắn hơn đòn dưới nên góc Camber sẽ thay đổi còn khoảng cách bánh xe không đổi khi nhún, khoảng cách bánh xe không dao động

1.3.1.3 Hệ thống treo độc lập loại đòn treo bán dọc

Hình 1-22: Kết cấu hệ thống treo độc lập kiểu đòn treo bán dọc

1 – Giảm chấn; 2 – Thanh ổn định; 3 – Lò xo trụ;

4 – Dầm hệ thống treo sau; 5 – Đòn treo sau

Các đòn treo phía sau được lắp với một góc nhất định vào dầm hệ thống treo sau

Lượng thay đổi của góc Camber và độ chụm do sự chuyển động lên xuống của các bánh xe có thể được khống chế ở giai đoạn thiết kế bằng cách thay đổi chiều dài của mỗi chạc và định góc lắp chạc và góc lắc của trục để xác định đặc tính sử dụng của

xe

1.3.2 Trường hợp hệ thống treo phụ thuộc

Cả hai bánh xe đều được nối với một cầu xe, cầu xe được lắp lên thân xe qua lò xo Do

cả bánh xe và cầu xe chuyển động theo phương thẳng đứng cùng với nhau, sự chuyển động của bánh xe bị ảnh hưởng lẫn nhau

Hình 1-23: Kết cấu một số loai hệ thống treo phụ thuộc điển hình

A – Hệ thống treo phụ thuộc loại dầm xoắn

B – Hệ thống treo phụ thuộc loại bốn thanh nối

C – Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo lá (nhíp)