Tính toán thiết kế hệ thống lái dựa trên xe huyundai grandi10

Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện * Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện: Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men , mô tơđiên 1 chiều, ECU, cảm

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 4

1.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI 4

1.1.1 Nhiệm vụ 4

1.1.2 Yêu cầu 4

1.1.3 Phân loại 5

1.2 KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI THƯỜNG DÙNG TRÊN Ô TÔ 6

1.2.1 Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - cung răng 6

1.2.2 Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - con lăn 7

1.2.3 Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - chốt quay 8

1.2.4 Hệ thống lái với cơ cấu liên hợp 9

1.2.5 Hệ thống lái với cơ cấu bánh răng - thanh răng 11

Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI DỰA TRÊN XE THAM KHẢO 12

2.1 GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO - Ô TÔ HYUNDAI GRAND I10 12

2.1.1 Sơ đồ tổng thể ô tô Hyundai Grand i10 12

2.1.3 Hệ thống truyền lực 13

2.1.4 Hệ thống phanh 13

2.1.5 Hệ thống treo 14

2.1.6 Hệ thống an toàn 15

2.1.7 Hệ thống lái 16

2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 21

2.2.1 Phương án lựa chọn dẫn động lái 21

2.2.2 Phương án lựa chọn cơ cấu lái 23

2.2.3 Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện 24

Chương 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI 28

3.1 Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đã lựa chọn 28

3.1.1 Đặc điểm kết cấu: 28

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 29

3.2 Kiểm tra động học quay vòng của hình thang lái: 32

3.2.1 Xây dựng đường cong lý thuyết: 32

3.2.2 Xây dựng đường cong thực tế: 33

3.3 Xác định mômen cản quay vòng taị chỗ 37

3.4 Xác định chiều dài thanh răng: 40

3.5 Tính toán bộ truyền cơ cấu lái 40

3.5.1 Xác định bán kính vòng lăn của bánh răng 40

3.5.2 Xác định các thông số của bánh răng: 41

3.5.3 Xác định kích thước và thông số của thanh răng: 42

3.5.4 Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng: 43

3.6 Tính bền dẫn động lái 47

3.6.1 Kiểm tra bền trục lái: 47

3.6.2 Kiểm tra bền Rô-tuyn: 48

3.7 Tính toán trợ lực 50

3.7.1 Xây dựng đặc tính cường hoá lái: 50

3.7.2 Tính toán thanh xoắn 52

3.7.3 Tính chọn motor điện trợ lực 52

3.7.4 Tính toán điều khiển motor điện 53

3.7.5 Tính toán và kiểm bền trục vít - bánh vít 54

Chương 4: KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI 60

4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 60

4.2 BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA CÁC HƯ HỎNG TRÊN HỆ THỐNG LÁI 60

4.2.1 Quy trình tháo hệ thống lái 60

4.2.2 Quy trình lắp hệ thống lái 67

4.2.3 Bảo dưỡng hệ thống lái 67

4.2.4 Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống lái 70

KẾT LUẬN 73

Tài liệu tham khảo 74

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành ôtô hiện nay đang giữ một vị trí quan trọng trong sự phát triển kinh tế xãhội Ôtô là một phương tiện được sử dụng phổ biến và đang phát triển ở nhiều lĩnh vựckhác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vẫn tải, quốc phòng

an ninh

Trên nền tảng đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế, ngành côngnghiệp ôtô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển Nhiều nhà máy, công tyliên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài được thành lập với các thươnghiệu lớn như: HONDA, TOYOTA, HYUNDAI, DAEWOO Một vấn đề lớn đặt ra đó

là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu của các loại xe hiện đại, của từng hệ thống trên xe

để từ đó khai thác và sử dụng xe một cách có hiệu quả cao, đáp ứng yêu cầu khai thác,

an toàn, tiết kiệm

Một trong những hệ thống quan trọng của ô tô là hệ thống lái Hệ thống lái cóchức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổn định chuyểnđộng thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng Hệ thống lái có ảnh hưởngrất lớn đến tính an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với

xe có tốc độ cao Do đó người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tínhnăng của nó

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

đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống lái dựa trên xe Hyundai Grand i10”.

Vĩnh yên, ngày tháng năm 2018

Sinh viên

Nguyễn Tiến Anh

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI

Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải cókinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác điều khiển Mặt khác, để thuận tiện chongười vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ôtô phải đảm bảo tính năng an toàncao Mà hệ thống lái là một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó Việc quay vònghay chuyển hướng của ôtô khi gặp các chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống láilàm việc thật chuẩn xác

1.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô chuyển động theo mộthướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu

cơ động của xe

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:

- Cơ cấu lái, vô lăng và trục lái: Dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụnglên vô lăng đến dẫn động lái;

- Dẫn động lái: Dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặpchướng ngại vật;

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng(Plmax) được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150 200 N;

+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N

- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫnhướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quaycủa vô lăng và của bánh xe dẫn hướng

1.1.3 Phân loại

* Theo vị trí bố trí vô lăng

- Vô lăng bố trí bên trái: (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã hội

chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ

- Vô lăng bố trí bên phải: Dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như:

Anh, Thuỵ Điển

Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là khivượt xe

* Theo số lượng bánh xe 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

* Theo kết cấu cơ cấu lái

- Cơ cấu lái kiểu trục vít - cung răng;

- Cơ cấu lái kiểu trục vít - con lăn;

- Cơ cấu lái kiểu trục vít - chốt quay;

- Cơ cấu lái kiểu liên hơp (trục vít - ê cu - cung răng);

- Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

* Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ trợ lực

- Trợ lực thuỷ lực;

- Trợ lực khí (khí nén hoặc chân không);

- Trợ lực điện;

- Trợ lực cơ khí

1.2 KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI THƯỜNG DÙNG TRÊN Ô TÔ

1.2.1 Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - cung răng

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững Tuy vậy có nhượcđiểm là hiệu suất thấp, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặtphẳng đi qua trục trục vít

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít(hình 1.1) Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cung răng vàrăng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răngnên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng

Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn Trục vít có thể có dạng trụ tròn haylõm Khi trục vít có dạng lõm thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếpxúc và mài mòn

Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiềudài của trục vít

Hình 1.1 Cơ cấu trục vít - cung răng

1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức:

R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng;

t - Bước trục vít;

Zt - Số mối ren trục vít

Góc nâng của đường ren vít thường từ 8 ÷ 120 Khe hở ăn khớp khi quay đòn quayđứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên thay đổi từ 0,03 ÷ 0,05 mm Sự thay đổikhe hở này được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng cóbán kính khác nhau

1.2.2 Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - con lăn

Hình 1.2 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành

1-T rục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh;

5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn

Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 1.2) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô do

có ưu điểm:

- Kết cấu gọn nhẹ;

- Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;

- Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82; t = 0,77 - 0,82;

- Hiệu suất nghịch: ηt = 0,77 - 0,82; n = 0,6;

- Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn được bố trí lệchvới đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trụcquay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vít sẽ thay đổi Do

đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịchchuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O1 mộtlượng x =2,5-5 mm

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau:

i - Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít

Theo công thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít Tuy vậy sự thay đổi này

không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên) Nên có thể coi như i = const

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

Hình 1.3 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay

1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay

Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cáchchế tạo bước răng trục vít khác nhau

Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:

2 Rcosi

 - Góc quay của đòn quay đứng;

R - Bán kính đòn dặt chốt

Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7 Cơ cấulái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải vàkhách Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng

1.2.4 Hệ thống lái với cơ cấu liên hợp

Êcu 20 lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rãnh ren của trục vít cho phépthay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thànhthanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (2)

Hình 1.4 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung rang

1- Đai ốc hãm đòn quay đứng; 2- Trục tròn quay đứng; 3- Vòng chặn dầu; 4, 6- Ổ bikim; 5- Vỏ cơ cấu lái; 7- Tấm đệm; 8- Đai ốc điều chỉnh; 9- Vít điều chỉnh ăn khớp;10- Đai ốc hãm; 11- Vòng làm kín; 12- Mặt bích bên cơ cấu lái; 13- Đai ốc tháo dầu;14- Vòng làm kín; 15- Chốt định vị; 16- Tấm chặn; 17- Đai ốc điều chỉnh độ rơ của ổbi; 18- Nắp dưới cơ cấu lái;19 - Ổ đỡ chặn; 20- Êcu; 21- Ống dẫn hướng bi; 22- Bi;23-Vít đậy lỗ rót dầu; 24- Ổ đỡ chặn; 25- Vòng chặn dầu; 26- Then bán nguyệt; 27- Cung

- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận t= 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch n = 0,85;

- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan trọng;

- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cỡ lớn

1.2.5 Hệ thống lái với cơ cấu bánh răng - thanh răng

Hình 1.5 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1- Lỗ ren; 2- Bánh răng; 3- Thanh răng; 4- Bulông hãm;

5- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng thanh răng; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng thanh răng

Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng Thanh răng trượt trong các ốngdẩn hướng Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răngbằng lò xo

Ưu điểm:

- Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao Vì vậy được sử dụng rộng rãi trêncác xe du lịch, thể thao;

- Hiệu suất cao;

- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo

Nhược điểm:

- Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ);

- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc;

- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng

Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

HỆ THỐNG LÁI DỰA TRÊN XE THAM KHẢO

2.1 GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO - Ô TÔ HYUNDAI GRAND I10

2.1.1 Sơ đồ tổng thể ô tô Hyundai Grand i10

Bảng 2-1: Bảng thông số kỹ thuật cơ bản xe Hyundai Grand i10

-

-mmmm

14791493

Bảng 2-2: Thông số động cơ Huyndai Grand i10

Số xy lanh và bố trí 4 máy thẳng hang (1-3-4-2)

Đường kính xy lanh x Hành trình

Công suất cực đại [KW] 87(tại 6000 vòng/ phút)

Mômem cực đại [N.m] 120 (tại 4000 vòng/ phút)

2.1.3 Hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của ôtô Huyndai Grand i10 được bố trí theo kiểu FF (động

cơ nằm ngang đặt ở đằng trước, cầu trước chủ động) Ô tô Huyndai Grand i10

có cầu trước chủ động dẫn hướng

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực ô tô Huyndai Grand i10

1 - Động cơ; 2 - Bán trục; 3 - Hộp số

2.1.4 Hệ thống phanh

Ôtô Hyundai Grand i10 sử dụng phanh đĩa cho bánh trước, phanh sau là phanhtang trống

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống phanh chính xe Chevrolet captiva

1- Đĩa phanh; 2- Vòng răng; 3- Xilanh chính; 4- Bấu trợ lực; 5- Công tắc; 6,12- Cáccảm biến; 7,11- Dòng phanh ;8 - Bộ thuỷ lực + máy tính; 9- Đèn báo ABS; 10- Đènbáo phanh

2.1.5 Hệ thống treo

2.1.5.1 Hệ thống treo phía trước

Hệ thống treo trước kiểu Macpherson với thanh cân bằng làm tăng độ chắcchắn, độ êm và độ bám đường, giúp điều khiển xe dễ dàng và thoải mái hơn

Hình 2.6 Cấu tạo hệ thống treo trước

1- Lò xo; 2- Bộ giảm chấn ống; 3 - Thanh nối của bộ cân bằng ngang

2.1.5.1 Hệ thống treo phía sau

Sử dụng thanh xoắn kết hợp ống giảm chấn đã được cải tiến và nâng cấp giúptăng độ chắc chắn và ổn định cho xe

Hình 2.6 Cấu tạo hệ thống treo sau

Cảm biến phía trước đầu xe được đặt phía sau giá đỡ két nước Dữ liệu từ cảmbiến luôn được giám sát bởi bộ điều khiển túi khí, bộ điều khiển túi khí so sánh thôngtin từ cảm biến đặt ở đầu xe với cảm biến đặt bên trong bộ điều khiển, nếu mức độ vachạm (lực va chạm) vượt quá giá trị quy định, bộ điều khiển túi khí sẽ cho bung túi khí

và rút bộ dây đai an toàn

Cảm biến va chạm sườn xe được đặt ở chân cột bên của sườn xe Khi va chạmngang xảy ra, bộ điều khiển RCM so sánh mức độ va chạm thu được từ dữ liệu củacảm biến va chạm ngang với dữ liệu trong chương trình của bộ điều khiển RCM Nếumức độ va chạm vượt giá trị qui định thì bộ điều khiển RCM điều khiển cho bung túikhí và rút bộ dây đai an toàn

Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống túi khí an toàn trên ôtô Hyundai Grand i10

A - Cảm biến va chạm phía trước xe;B - Cảm biến va chạm sườn xe;C - Bộ điều khiểntúi khí;D - Túi khí bảo vệ người lái;E - Túi khí bảo vệ người ngồi trên ghế phụ

2.1.6.2 Hệ thống điều khiển dây đai an toàn

Dây đai an toàn là biện pháp chính để bảo vệ hành khách Việc đeo dây an toàntránh cho hành khách khỏi văng ra khỏi xe khi có tai nạn, hạn chế chấn thương, đồngthời giảm phát sinh va đập thứ cấp trong cabin

Chương trình điều khiển ổn định bằng điện tử (ESP) ESP cảm nhận sự bất ổntrong suốt quá trình gia tốc, phanh rẽ hoặc quay vòng và tác động lên các bánh xe khigặp sự cố giúp xe luôn vận hành ổn định

2.1.7 Hệ thống lái

Hệ thống lái của ôtô Hyundai Grand i10 là hệ thống lái có trợ lực Cấu tạo của

hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lựcđiện và dẫn động lái

Bộ trợ lực điện có nhiệm vụ làm giảm bớt lực điều khiển của người lái, làmgiảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng Bộ trợ lực còn làmtăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ Vì lúc đó người lái đủ sức giữtay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt

Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa-gần đến vị trí thích hợp làm tăng

sự thoải mái cho người lái

Cơ cấu lái là loại bánh răng-thanh răng Loại này có kết cấu nhỏ gọn, tỷ sốtruyền nhỏ, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản và hiệu suất cao.

2.1.7.1 Vành tay lái

1

2

Hình 2.9 Vô lăng lái

1- Vành trong vô lăng bằng thép; 2- Vành ngoài vô lăng bằng nhựa

+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái + Cấu tạo: vành tay lái ô tô Hyundai Grand i10 có dạng hình tròn, có nan hoa được bốtrí xung quanh vành trong của vành tay lái Bán kính ngoài của vành tay lái là 195 mm

Vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận khác của ô tô như: nút điều khiểncòi, túi khí an toàn

Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủneoprene, được xếp lại và đặt trong phần giữa của vành tay lái Khi xe đâm thẳng vàomột xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnh khắc để hình thànhmột chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái.Túi khí an toàn chỉ được sử dụng mộtlần Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới

2.1.7.2 Trục lái và trục các đăng

Hình 2.10 Kết cấu trục lái

1- Đầu trục nối với vô lăng; 2- Vòng chặn; 3- Ổ bi; 4- Trục trượt; 5- Ống trượt trục; 6- Tấm hãm; 7- Vòng bi; 8- Trục chính; 9- Giá đỡ trên trục; 10- Khớp các đăng; 11- Trục các đăng; 12- Vòng chặn; 13- Bu lông hãm; 14- Cần khoá

- Trục lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái Một trụclái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái Trục lái trên xeHyundai Grand i10 có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vànhtay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy

ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái Ngoài ra trụ lái còn là nơi lắp đặt nhiều

bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, cầnđiều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện

- Trục các đăng là bộ phận nối chuyển tiếp giữa trục lái và cơ cấu lái Trên trục cácđăng có khớp nối chữ thập Khớp chữ thập cho phép có độ lệch giữa trục lái và trục vítcủa cơ cấu lái khi hai trục này không đồng trục với nhau

2.1.7.3 Dẫn động lái

Dẫn động lái trên Hyundai Grand i10 bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ

cơ cấu lái đến ngỗng quay của các bánh xe Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất củadẫn động lái là hình thang lái, được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang, và các cạnh bên

Nó có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lêkhi quay vòng Do đó làm giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổnđịnh khi quay vòng

Hình 2.11 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên

1- Vòng kẹp; 2- Bạc lót; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5- Lò xo

2.1.7.4 Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện

* Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện:

Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men , mô tơđiên 1 chiều, ECU, cảm biến tốc độ ô tô, và các dây điện

+ Cảm biến mô men có nhiệm vụ xác định mô men trên trục lái do người lái tác dụngthông qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu nàyđến ECU

Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện

+ Motor điện 1 chiều:

Hình 2.13 Motor và bộ truyền trục vít – bánh vít

Trên hình 2.13 ta có motor điện được dẫn động từ ECU Motor truyền mô men quakhớp nối sang trục vít sang bánh vít bắt trên trục lái

+ ECU là bộ phận điều khiển ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảm biến tốc

độ xe từ đó tính toán mô men cần trơ lực từ đó điều khiển motor điện

+ Cảm biến tốc độ xe có nhiệm vụ đưa tín hiệu tốc độ của ô tô tới ECU

* Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện.

Hình 2.14 sơ đồ tín hiệu vào ra.

Theo hình 2.12 và hình 2.14 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc làECU tiếp nhận 2 tín hiệu chính: tín hiệu đưa vào từ cảm biến mô men của trục lái vàtín hiệu của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó ECU tính toán dẫn động motorđiện trợ lưc mô men thích hợp với lực đánh lái Lực đánh lái càng nhiều thì motor điệncàng phải trợ lực nhiều hơn, nhưng mô men trợ lực của motor sẽ được điều khiểngiảm dần khi vận tốc xe tăng dần

+ Trạng thái quay vòng : khi người điều khiển quay vành lái tác động lên cảm biến

mô men, cảm biến mô men truyền tín hiệu cảm biến được tới ECU kết hợp với tín hiệu

từ cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính toán dẫn động mô tơ điện trợ lực mô menthích hợp và nhờ cảm biến mô men mà ECU xác định được chiều quay của trục lái từ

đó điều khiển chiều quay của motor điện cho thích hợp

+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không quay nên cảm biến mô men không phát hiện có

mô men trên trục lái tín hiệu đưa vào ECU của cảm biến mô men là không có nênECU chưa điều khiển mô tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái đi thẳng được giữ nguyên

mà không có sự trợ lực

* So sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử và hệ thống lái trợ lực dầu:

Ta thấy hệ thống lái trợ lực dầu làm việc dựa trên 2 thông số là mô men và gócquay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: tốc độ xe, mômen trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục lái vì vậy ta có những ưuđiểm của hệ thống trợ lực điện như sau:

+ Ưu điểm

- Tạo ra được tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe:xe ở tốc

độ thấp tỉ số truyền nhỏ, và ngược lại xe ở tốc đọ cao tỉ số truyền lớn Là mô men trợlực của động cơ điện được điều khiển thay đổi theo tốc độ của ô tô vì vậy ưu điểm lớnnhất của hệ thống lái trợ lực điện là mô men trợ lực của động cơ điện thay đổi phù hợptheo tốc độ của xe

- so với trợ lực dầu thì xe có hệ thống lái trợ lực điện tiết kiệm được nhiên liệuhơn vì ở hệ thống lái trợ lực dầu động cơ luôn dẫn dộng bơm trơ lực dầu cả khi ngườilái không quay vô lăng ngươc lại hệ thống trợ lực điện thì động cơ điện chỉ làm việckhi người lái quay vành lái nên không tiêu tốn công suất cảu động cơ thường xuyên

- so với trợ lực dầu thì trợ lực điện làm việc êm hơn vì không có tiếng kêu củabơm trơ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn nhưng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lượng của

hệ thống được giảm hơn so với trợ lực dầu

- khi trơ lực bị hỏng thì lực điều khiển của người lái chỉ nặng như xe không cótrợ lực chứ không nặng như trường hợp hỏng trợ lực dầu

+ Nhược điểm:

- kết cấu và chế tạo phức tạp;

- chịu va đập kém;

- giá thành cao

2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.2.1 Phương án lựa chọn dẫn động lái

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay củatất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng

Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước,đòn kéo ngang và các đòn bên Sự quay vòng của ô tô rất phức tạp, để đảm bảo đúngmối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là mộtđiều khó thực hiện vì phải cần đến dẫn động lái 18 khâu Hiện nay người ta chỉ đáp

ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đònkéo tạo lên hình thang lái

- Dẫn động lái bốn khâu

Hình thang lái bốn khâu đơn giản, dễ chế tạo đảm bảo được động học và độnglực học quay vòng của bánh xe Nhưng kiểu dẫn động này chỉ dùng trên xe có cơ cấulái với hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng) Do đó chỉ áp dụng trêncác xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên các xe du lịch hiện nay với

hệ thống treo độc lập thì không sử dụng được

Hình 2.15 Dẫn động lái bốn khâu

- Dẫn động lái sáu khâu

Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt trên hầu hết các xe du lịch có hệ thống treođộc lập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ dàng lắp đặt

cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí cường hóa lái thuận tiện ngay

trên dẫn động lái, hiện nay dẫn động lái sáu khâu được sử dụng rộng rãi trên các xe dulịch của các hãng như: Toyota, Nissan, KIA

Hình 2.16 Dẫn động lái sáu khâu

Với đề tài tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe Hyundai Grand i10, sử dụng hệthống treo độc lập do đó em chọn phương án dẫn động lái sáu khâu.

2.2.2 Phương án lựa chọn cơ cấu lái

Dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu lái đã giớithiệu ở trên, em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái với cơ cấu lái đơn giản là cơcấu bánh răng - thanh răng, với cơ cấu này thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của hìnhthang lái Đồng thời ta có thể bố trí thêm trợ lực lái nếu muốn có được tỉ số truyền thayđổi

Hình 2.17 Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

1-Trục lái; 2- Chụp nhựa; 3,8-Đai ốc điều chỉnh; 4-Ổ bi trên; 5-Vỏ cơ cấu lái; 6- Dẫnhướng thanh răng; 7- Đai ốc; 9- Lò xo; 10- Thanh răng; 11- Trục răng; 12- Ổ bi dưới

Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính

ăn khớp với thanh răng, bánh răng được lắp trên các ổ bi Điều chỉnh các ổ này dùngêcu 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 ởphía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay, bánh răng quay làmthanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt Sự dịchchuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làmquay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng

Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng có các ưu điểm sau:

+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng nhưthanh 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 vàtruyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ;

+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng

2.2.3 Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện.

Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phương án bố trí sau:

+ phương án 1: motor trợ lực cho bánh răng chủ động (pinion-type).

Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type

Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủ độngcủa cơ cấu lái, nên mô men của motor không cần phải lớn và tốn không gian bố trí bêndưới

+ phương án 2: motor trợ lực vào thanh rang (rack-type)

- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệthống

Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dưới

Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu rack-type

+ phương án 3: motor trợ lực cho trục lái (column -type )

Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu column -type

- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ thống.

- Motor trợ lực, cảm biến mô men, và ECU được gắn vào trục lái

- Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bêndưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho côngviệc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU

- vì motor trợ lực đặt trước cơ cấu lái nên mô men lớn nhất của motor không cần phảilớn

+ phương án 4: hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện

Hình 2.21 Sơ đồnguyên lý hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện

- nguyên lý hoạt động: lưu lượng dầu từ bơm đến van phân phối được điều chỉnh bằngvan điện từ: ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe từ đó điều khiển van điện từtăng giảm lưu lượng dầu phù hợp theo tốc độ của ô tô, vận tốc ô tô càng cao thì vanđiện từ đóng bớt đường dầu lại và ngược lại

- Với phương án này hệ thống vẫn còn mang những nhược điểm của hệ thống lái trợlực thuỷ lực nhưng cũng đã giải quyêt được vấn đề thay đổi được tỉ số truyền thay đổitheo tốc độ của xe

Hình 2.22 Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểu column-type.

Cơ cấu lái

ECU

Cảm biến

mô men motor

Trục lái

Vô lăng

Chương 3: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI3.1 Đặc điểm kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đã lựa chọn

3.1.1 Đặc điểm kết cấu:

Hình 3.1 là hình vẽ kết cấu của cụm trợ lực điện, gồm các bộ phận chính sau:

- Trục 1: Là trục bắt vào vành lái có nhiệm vụ nhận và truyền lực của người lái từ vànhlái xuống dưới

- Thanh xoắn: nối giữa trục 1 và trục 2 bằng chốt, có nhiệm vụ đảm bảo cho trục 1 vàtrục 2 chuyển động quay tương đối với nhau

- Cảm biến mô men: được gắn trên trục 1, có nhiệm vụ xác định mô men mà người láitác dụng trên trục 1, từ đó gửi tín hiệu đến ECU

- Trục 2: là trục bên dưới, được nối xuống cơ cấu lái, có nhiệm vụ truyền lực xuống cơcấu lái

Hình 3.1 Kết cấu cụm trợ lực điện

- Motor điện 1 chiều, có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực vào trục 2

- Trục vít - bánh vít: bánh vít chế tạo liền với trục 2, trục vít nối với motor điện 1 chiềubằng khớp nối

- ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu của cảm biến mô men và cảm biến tốc độ xe, từ đótính toán dẫn động motor điện trợ lực vào trục 2.

3.1.2 Nguyên lý hoạt động

Lực cản quay vòng nhỏ (chưa có trợ lực): Với mô men cản ở mặt đường nhỏhơn 44 N.m (hay lực tác động lên vành lái nhỏ hơn 20N) thì hệ thống

làm việc như hệ thống cơ khí đơn thuần không có trợ lực

Lực cản quay vòng lớn (có trợ lực): Khi mô men cản lớn hơn 44 N.m (hoặc lựctác dụng lên vành lái lớn hơn 20N), thì ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảmbiến tốc độ xe, từ đó tính toán rồi điều khiển motor trợ lực phù hợp cho hệ thống bằng

bộ truyền lực trục vít - bánh vít, cho đến khi lực tác dụng lên vành lái là cực đại là : 60

N thì motor trợ lực cực đại cho hệ thống

Khi lực cản quay vòng không đổi: Khi đó mô men tác dụng trên trục lái 1 làkhông đổi, cảm biến mô men xác định trạng thái này, cảm biến gửi tín hiệu đến ECU,ECU điều khiển điều khiển motor không trợ lực mô men không đổi vào trục 2

Trạng thái quay vòng: khi người lái quay vành lái sang, cảm biến mô men xácđịnh được chiều quay và mô men tác dụng trên trục lái, ECU điều khiển motor trợ lựcphù hợp theo chiều quay của vành lái

Nguyên lý chép hình: khi ta quay vành lái, dựa vào tín hiệu của cảm biến mômen mà ECU tính toán điều khiển motor trợ lực phù hợp, khi ta giữ nguyên vành láikhông quay nữa, cảm biến mô men xác định được trang thái này, thì ECU điều khiểnmotor trợ lực đến đó không quay nữa khi ta quay tiếp cảm biến mô men xác địnhđược tín hiệu này,ECU điều khiển motor trợ lực tiếp tục trợ lực phù hợp lực tác dụnglên vành lái và vận tốc của xe Khi ta quay vành lái càng mạnh thì motor trợ lực cho

Hình 3.2 Cảm biến mô men

Hình 3.3 Cấu tạo roto.

- Trên vỏ roto có gắn các nam châm vinh cửu ở vành trên và vành dưới

- Roto có nhiệm vụ tạo ra từ trường biến thiên khi ta quay trục lái

+ Mạch điện cảm ứng

Nam châm vĩnh cửu

Then hoaNam châm vĩnh cửu

Nguyên lý hoạt động (xem hình 3.4)

Khi tác dụng mô men lên trục lái, roto quay cùng trục lái(nhờ then hoa),lúc này

từ thông đi qua các lớp bán dẫn biến thiên, dẫn đến trong mạch bán dẫn xuất hiện suấtđiện động cảm ứng hall, và giá trị suất điện động này thay đổi tỉ lệ với mô men tácdụng lên trục lái Eh = kBi/

Đặc tính làm việc của cảm biến mô men trục lái

Hình 3.5 Tín hiệu ra của cảm biến

Trên hình 3.5 thể hiện hiệu điện thế đầu ra của cảm biến ở 2 trạng thái trục láiquay phải và quay trái:

- Khi trục lái quay phải hiệu điện thế tăng từ 2,5 đến 4 vol

Lớp bán dẫn

- Khi trục lái quay trái hiệu điện thế giám từ 2,5 đến 1 vol.

Cảm biến có 2 tín hiệu ra: Chính và phụ, để đảm bảo tính an toàn tin cậy của hệ thống

3.2 Kiểm tra động học quay vòng của hình thang lái:

3.2.1 Xây dựng đường cong lý thuyết:

Trên hình 3.6 là sơ đồ nguyên lý quay vòng.Từ lý thuyết quay vòng, để bánh xelăn tinh khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ dưới đây của cácbánh xe dẫn hướng

cotg - cotg = L

B

(3.1)trong đó: B – khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng, B =1400(mm);

L – chiều dài cơ sở của Ôtô, L = 2370 (mm);

 - góc quay bánh xe dẫn hướng phía ngoài;

 - góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý quay vòng

Xác định góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng phía trong max:

max = arctg 2

B R

L

min 

(3.2)với : Rmin – là bán kính quay vòng nhỏ nhất của Ôtô, Rmin = 4,6 (m)

max = arctg

237014004600

L arctg

(3.3)thay số vào 1.3 ta có phương trình :

Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình 3.7 ta có thể tính được mối quan hệ giữa các thông

số theo các biểu thức sau:

Thay (3.7) vào (3.5) ta được:

Các đòn bên tạo với phương dọc một góc .

Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa  và

 vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đan - Tô không thể thoảmãn hoàn toàn được

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lýthuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lýthuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưng cũng không được vượt quá 10

Trường hợp khi xe quay vòng:

Trên hình 3.8 là Sơ đồ hình thang lái khi xe quay vòng Khi bánh xe bên trái quay đimột góc  và bên phải quay đi một góc , lúc này đòn bên của bánh xe bên phải hợpvới phường ngang một góc (-) và bánh xe bên trái là ( +) Ta có mối quan hệ củacác thống số theo quan hệ sau:



X



D A C

 AD

y arctg



 Mặt khác:

 - góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương ngang:  =78

m - chiều dài đòn bên hình thang lái m = 180 (mm)

y - Khoảng cách giữa đòn ngang với trục trước trong hình thang lái y = 182 (mm)

p - Chiều dài đòn thanh nối bên hình thang lái P = 250 (mm)

Dựa vào công thức(3.4) và (3.15) ta xây dựng các đường đặc tính hình thang lái lýthuyết và thực tế ứng với mỗi giá trị của góc  = (00, 50, , 400) ta lấy góc  theo xethiết kế

 = 780 Các giá trị tương ứng được thể hiện trong bảng dưới đây:

3.3 Xác định mômen cản quay vòng taị chỗ.

Lực tác động lên vành tay lái của ôtô sẽ đạt giá trị cực đại khi ta quay vòng ôtôtại chỗ Lúc đó mômen cản quay vòng trên bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số củamômen cản chuyển động M1, mômen cản M2 do sự trượt lê bánh xe trên mặt đường vàmômen cản M3 gây nên bởi sự làm ổn định các bánh xe dẫn hướng

1 2

a -cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng với xe thiết kế đo được a = 0,03 m

f -hệ số cản lăn ta xét trong trường hợp khi ôtô chạy trên đường nhựa và khô tachọn f= 0,015