Nguyên cứu hệ thống lái 4WS đã chuyển đổi (1)

Hình 4.2.3a Mô hình quay vòng hệ thống lái 2WS và 4WS bánh sau quay ngược chiều bánh trước Hình 4.2.3b Mô hình quay vòng hệ thống lái 2WS và 4WS bánh sau quay cùng chiều bánh trước Hình

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS

GVHD: Ths Nguyễn Văn Toàn

Trang 2

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

***

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: Công nghệ Kỹ Thuật ô tô

Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Phúc MSSV: 15145124

Phù Diệu kỳ MSSV: 15145088 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Lớp: 15145CL4

Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Toàn ĐT: 0909988469

Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài:

1 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Đặng Quý (Giáo trình lý thuyết ô tô)

- Automotive steering, Suspension, and Wheel Alignment Package (3rd Edition)

3 Nội dung thực hiện đề tài:

- Mở đầu và giới thiệu vấn đề

- Tổng quan cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 4ws

- Cấu tạo hệ thống trên từng hãng xe

Trang 3

***

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Trần Hồng Phúc MSSV: 15145124 Phù Diệu Kỳ MSSV: 15145088 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Toàn NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: .

2 Ưu điểm: .

3 Khuyết điểm: .

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: ……… (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

Trang 4

***

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH: Công nghệ Kỹ Thuật ô tô

Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Phúc MSSV: 15145124

Phù Diệu kỳ MSSV: 15145088 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Lớp: 15145CL4

Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Toàn ĐT: 0909988469

Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài:

5 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS

6 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Đặng Quý (Giáo trình lý thuyết ô tô)

- Automotive steering, Suspension, and Wheel Alignment Package (3rd

Edition)

7 Nội dung thực hiện đề tài:

- Mở đầu và giới thiệu vấn đề

- Tổng quan cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 4ws

- Cấu tạo hệ thống trên từng hãng xe

Trang 5

***

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Trần Hồng Phúc MSSV: 15145124 Phù Diệu Kỳ MSSV: 15145088 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn Toàn NHẬN XÉT 7 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: .

8 Ưu điểm: .

12 Điểm: ……… (Bằng chữ: )

Giáo viên hướng dẫn

Trang 6

***

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Trần Hồng Phúc MSSV: 15145124 Phù Diệu Kỳ MSSV: 15145088 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: .

13 Ưu điểm: .

17 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Giáo viên phản biện

Trang 7

Trong quá trình làm đề tài, do hạn chế trong kinh nghiệm và trình độ chuyên môn, thời gian thực hiện có hạn nên sai sót là không thể tránh khỏi nên nhóm rất mong

sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của Thầy Cô và các bạn

Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khoẻ, giữ vững niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh truyền đạt tri thức cho các thế hệ mai sau

Trân trọng!

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019 Nhóm sinh viên thực hiện

Trần Hồng Phúc

Phù Diệu Kỳ

Trang 8

TÓM TẮT

Hiện nay, theo khảo sát của các cơ quan chức năng giao thông vận tải, phần lớn các vụ tai nạn xảy ra trên xe ô tô là do hệ thống lái Trong đó, nguyên nhân chủ yếu là hiện tượng thừa lái (oversteering) và thiếu lái (understeering) Và để giảm hiện tương trên người ta đã thiết kế trên ô tô những công nghệ hỗ trợ thông minh như : ESP, ABS, nhưng đồng thời sẽ làm giảm tốc độ xe vì thế để đáp ứng cả 2 nhu , cầu về an toàn và tốc độ nhà sản xuất đã nghiên cứu và phát triển hệ thống lái bốn bánh – 4WS (Four wheels steering ) cho các hãng xe, đặc biệt là trên các dòng xe thể thao Hệ thống sẽ hỗ trợ lái đồng thời cả 4 bánh xe thay vì 2 bánh như thông thường Để có cái nhìn chi tiết

hơn về hệ thống nay chúng ta sẽ cùng tìm hiểu và nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu hệ

thống lái 4ws”

Trang 9

ABSTRACT

Currently, according to the servey of transport authorities, most accidents occur on cars due to the steering system In paticular, the main reason is oversteerung and under steering And to reduce this phenomenon, it has been designed on cars with intelligent assistive technologies such as ESP, ABS,… but at the same time it will reduce the speed of the vehicle so as to meet both needs and needs The speed and the speed of manufacture has researched and developed the Four WheelsSteering System_4WS for the automaker, esspecially on sport cars The system will support driving simultaneously 4 wheels instead of 2 wheels as usual For a more detailed look

at this system, we will explore and study the toppic: “Study The Four Wheels

Steering System”

Trang 10

I MỤC LỤC

I MỤC LỤC I

II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT II III DANH MỤC CÁC HÌNH III

IV DANH MỤC CÁC BẢNG IV

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

CHƯƠNG II LÝ THUYẾT CHUNG HỆ THỐNG LÁI 1

2.1 CÔNG DỤNG PHÂN LOẠI CÀ YÊU CẦU 1

2.1.1 CÔNG DỤNG HỆ THỐNG LÁI 1

2.1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI 2

2.1.3 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI 3

CHƯƠNG III HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS 4

3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 4

3.1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH 4

3.1.2 CẤU TẠO CHUNG 5

3.1.3 BỘ TRUYỀN ĐỘNG PHÍA SAU 6

3.1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 7

3.1.5 ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 8

3.1.6 CẢM BIẾN VỊ TRÍ TAY LÁI 9

3.1.7 CẢM BIẾN VỊ TRÍ BÁNH SAU 11

3.1.8 CƠ CẤU LÁI PHÍA SAU 13

CHƯƠNG IV ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS 15

4.1 MỘT SỐ THÔNG SỐ XE 15

4.1.1 XÁC ĐỊNH MOMENT QUAY VÒNG VÀ LỰC LÁI LỚN NHẤT 15

4.1.2 XÁC ĐỊNH LỰC CẦN THIẾT TÁC DỤNG LÊN VÔ LĂNG 19

4.2 ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG HỆ THỐNG LÁI 4WS 20

4.2.1 HAI BÁNH QUAY CÙNG CHIỀU 20

4.2.2 HAI BÁNH QUAY NGƯỢC CHIỀU 23

4.2.3 SO SÁNH BÁN KÍNH QUAY VÒNG CỦA HỆ THỐNG LÁI 2WS VÀ HỆ THỐNG LÁI 4WS 25 4.3 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC MÔ HÌNH HAI BÁNH 2WS 27

4.3.1 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG LÁI 4WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG 27

4.3.2 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 4WS KHÔNG CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG 29

4.3.3 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC MÔ HÌNH HAI BÁNH 2WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG 29

4.3.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 2WS BỎ QUA GÓC ĐỊNH HƯỚNG 30

4.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC MÔ HÌNH 4 BÁNH 30

Trang 11

4.4.1 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 4WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG 30

4.4.3 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 2WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG 32

4.5 KẾT LUẬN VỀ ĐỘNG HỌC 4WS 33

CHƯƠNG V HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH CỦA CÁC HÃNG 33

5.1 HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS CỦA HONDA 33

5.1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 33

5.2 CẤU TẠO CHI TIẾT 35

5.2.1 CƠ CẤU PHÍA TRƯỚC 35

5.2.2 BÁNH RĂNG DẨN ĐỘNG VÀ CÁC BỘ PHẬN LIÊN QUAN 35

5.2.3 TRỤC TRUNG TÂM 37

5.2.5 CƠ CẤU HOẠT ĐỘNG CỦA THANH DẨN ĐỘNG 40

5.2.6 LIÊN KẾT TREO SAU 41

5.3 HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH CỦA MAZDA 41

5.3.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 41

5.3.3 CƠ CẤU LÁI PHÍA TRƯỚC 43

5.3.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHA 45

5.3.6 TRỤC CHUYỂN GỐC LÁI ( TRỤC CÁC ĐĂNG) 46

5.3.7 VAN ĐIỀU KHIỂN 47

5.3.8 BƠM DẦU ( BƠM CÁNH GẠT) 48

5.3.9 ECU VÀ CẢM BIẾN 49

5.3.10 CẢM BIẾN TỈ SỐ TRUYỀN 50

5.3.11 MOTOR BƯỚC 52

5.4 HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH CỦA NISSAN 53

5.4.1 CẤU TẠO HỆ THỐNG 53

5.4.3 TAY LÁI PHÍA TRƯỚC 55

5.4.4 BƠM SỬA ĐỔI 56

5.4.5 VAN ĐIỀU KHIỂN HICAS 57

5.4.6 XILANH ĐIỆN PHÍA SAU 58

5.4.7 LIÊN KẾT TAY LÁI PHÍA SAU 59

Trang 12

5.5 SỬ DỤNG CARSIM MÔ TẢ TRỰC QUAN GIỮA HỆ THỐNG LÁI 4WS VÀ 2WS 62

Trang 13

II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

- 4WS : Hệ thống lái 4 bánh

- SWPS: Cảm biến tốc độ / vị trí tay lái

- BCM: Mô-đun điều khiển

- CV: Các khớp đồng tốc

- 2WS: Hệ thống lái hai bánh

Trang 14

III DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1.2 Sơ đồ bộ điều khiển hệ thống 4WS điều khiển điện tử

Hình 3.1.3 Thiết bị truyền động lái phía sau

Hình 3.1.4 Hộp điều khiển 4WS phân tích thông tin cảm biến đầu vào, tính toán góc lái phía sau cần thiết và vận hành động cơ cơ cấu lái sau để cung cấp góc lái phía sau thích hợp

Hình 3.1.5 Góc lái phía sau liên quan đến tốc độ xe và vòng quay vô lăng

Hình 3.1.6 Tốc độ tay lái/Cảm biến vị trí (SWPS)

Hình 3.1.7 Đầu vào SWPS đến mô-đun điều khiển

Hình 3.1.7 Cảm biến vị trí bánh sau

Hình 3.1.8 Cảm biến đầu vào vị trí bánh sau đến mô-đun điều khiển tay lái phía sau Hình 3.1.9a khớp cầu và cam lái

Hình 3.1.9b Cơ cấu lái phía sau

Hình 3.1.9c Cơ cấu lái 4WS và động cơ

Hình 4.1.1a Sơ đồ tính toán mô men cản quay

vòng do tác dụng của lực cản lăn

Hình 4.1.1b Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng gây ra do lực ngang

Hình 4.1.1c Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn khi có và không có lực ngang tác dụng

Hình 4.2.1a Mô phỏng xe quay vòng 2 bánh quay cùng chiều

Hình 4.2.1b Mô hình thông số khi xe quay vòng hai bánh quay cùng chiều

Hình 4.2.2a Mô phỏng xe quay vòng 2 bánh quay ngược chiều

Hình 4.2.2b Mô hình thông số khi xe quay vòng hai bánh quay ngược chiều

Trang 15

Hình 4.2.3a Mô hình quay vòng hệ thống lái 2WS và 4WS (bánh sau quay ngược chiều bánh trước)

Hình 4.2.3b Mô hình quay vòng hệ thống lái 2WS và 4WS (bánh sau quay cùng chiều bánh trước)

Hình 4.3.1 Mô hình động học với hai bánh trước sau

Hình 4.4.1 Mô hình động học với 4 bánh

Hình 5.1.1 Kết cấu cơ học của hệ thống 4WS của Honda

Hình 5.1.2 Biểu đồ đường đặc tuyến

Hình 5.2.1 Cơ cấu lái phía trước

Hình 5.2.2a Bộ phận trục bánh răng dẫn động, khớp nối chữ U trục trung tâm

Hình 5.2.2b Cấu tạo ngoài Bộ phận giữ bánh răng dẫn động

Hình 5.2.4a Cấu tạo cơ cấu lái phía sau

Hình 5.2.4b Cơ cấu dẫn động và bánh răng hành tinh

Hình 5.2.5 Nguyên lý hoạt động của thanh dẫn động

Hình 5.2.6 Cấu tạo liên kết hệ thống treo sau

Hình 5.3.1 Tổng quan hệ thống 4WS của Mazda

Hình 5.3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 4WS Mazda

Hình 5.3.3 Cơ cấu lái phía trước

Hình 5.3.4 Cơ cấu lái phía sau

Hình 5.3.5 Hệ thống điều khiển pha

Hình 5.3.6 Cơ cấu trục chuyển góc lái

Hình 5.3.7 Cấu tạo van điều khiển

Trang 16

Hình 5.3.9 Cụm đồng hồ và cảm biến tốc độ

Hình 5.3.10 Cấu tạo cảm biến tỷ số truyền

Hình 5.3.11a Cấu tạo cơ bản động cơ bước

Hình 5.3.11b Mặt cắt Y-Y động cơ bước

Hình 5.3.11c Các kích thích pha

Hình 5.4.1 Cấu tạo của hệ thống 4ws trên xe Nissan

Hình 5.4.2 hoạt động của hệ thống

Hình 5.4.3 Tay lái phía trước

Hình 5.4.4 Bơm sửa đỏi trên xe Nissan

Hình 5.4.5 Van điều khiển HICAS

Hình 5.4.6 Xilanh điện phía sau

Hình 5.4.7 Liên kết tay lái phía sau

Hình 5.4.8 Van điề khiển HICAS dự phòng

Hình 5.5a Mô hình hai hệ thống lái 4ws và 2ws chạy trên dường cua trường hợp tốc

độ thấp

Hình 5.5b Mô hình hai hệ thống lái 4ws và 2ws chạy trên dường cua trường hợp tốc

độ cao

Trang 17

IV DANH MỤC CÁC BẢNG

- Bảng 4.1 thông số cơ bản của xe

Trang 18

về an toàn và tốc độ nhà sản xuất đã nghiên cứu và phát triển hệ thống lái bốn bánh – 4WS (Four wheels steering ) cho các hãng xe, đặc biệt là trên các dòng xe thể thao Hệ thống sẽ hỗ trợ lái đồng thời cả 4 bánh xe thay vì 2 bánh như thông thường

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

- Việc nghiên cứu hệ thống lái 4WS nhằm mục đích tìm hiểu cách thức, nguyên lý hoạt động của hệ thống Từ đó đưa ra những nhận xét về ưu nhược điểm của hệ thống của như đánh giá các mặt lợi thế cũng như hạn chế của hệ thống lái bốn bánh 4WS so với hệ thống lái thông thường 2WS

CHƯƠNG II LÝ THUYẾT CHUNG HỆ THỐNG LÁI

2.1 CÔNG DỤNG PHÂN LOẠI CÀ YÊU CẦU

2.1.1 CÔNG DỤNG HỆ THỐNG LÁI

- Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hướng 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:

- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái

- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng

- Trợ lực lái: Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài

Trang 19

2.1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI

- Theo phương pháp quay vòng của ô tô

+ Thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng

+ Đổi hướng mô men kéo ở các bánh xe chủ động

+ Phương pháp quay vòng các phần khac nhau của ô tô

+ Kết hợp thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng và đổi hướng mô men kéo ở các bánh xe chủ động

- Theo số lượng bánh xe dẫn hướng

+ Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía trước

+ Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía sau

+ Hệ thống lái 4 bánh

- Theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái

+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng

+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn

+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng

+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay

+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít cung răng

+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít bánh vít

+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận

- Theo kiểu dẫn động lái

Trang 20

+ Cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu với hệ thống treo phụ thuộc (dầm cầu liền) + Cơ cấu dẫn động lái kiểu đòn ngang liên kết trên hệ thống treo độc lập

+ Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng đòn quay

+ Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng bánh răng thanh răng

- Theo vị trí bố trí vành tay lái

+ Hệ thống lái với vành tay lái ở bên trái của ô tô

+ Hệ thống lái với vành tay lái ở bên phải của ô tô

- Theo nguyên tắc hoạt động của bộ trợ lực

2.1.3 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI

Trong quá trình ô tô chuyển động trên đường hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó nó phải đảm bảo các yêu cầu sau

- Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng Các cơ cấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không gây lên các dao động và va đập trong hệ thống lái

- Truyền tối thiểu các va đập nghịch đảo lên vành tay lái

Trang 21

- Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng hoặc là để quay về trạng thái chuyển động thẳng thì chỉ cần đặt lực lên vành lái nhỏ hơn khi ô tô đi vào đường vòng

- Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Ví dụ Với ô tô có vận tốc lớn nhất lớn hơn 100Km/h độ dơ vành lái cho phép không vượt quá 18o, với ô tô có vận tốc lớn nhất nằm trong khoảng (25 ÷ 100) Km/h độ dơ vành lái cho phép không vượt quá 27o

- Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10Km/h, lực đặt lên vành lái tối đa không vượt quá 250N

- Ngoài các yêu cầu trên còn có các yêu cầu cụ thể đối với hệ thống lái như sau

+ Với các hệ thống lái có trợ lực thì khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn

có thể điểu khiển được ô tô

+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của ô tô, không gây nên tổn thương cho người sử dụng khi bị đâm chính diện

+ Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dưỡng

CHƯƠNG III HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS

3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

3.1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH

- Hệ thống được thiết kế trên chiếc Honda Preludes được ra mắt vào tháng 4 năm

1987 và bán đầu tiên tại Hoa Kỳ vào cuối thập niên 80 và đầu thập niên 90

- Ở thị trường Nhật bản chiếc Nissan R31 Shyline đã được ra mắt đầu tiên vào cuối năm 1985

- Mazda giới thiệu hệ thống đầu tiên trên chiếc Capella-626-MX-6

- Hệ thống cũng được Mitsubishi ra mắt trên Galant VR-4 vào cuối năm 1987

- Toyota cũng giới thiệu hệ thống lần đầu tại thị trường nhật bản trên chiếc Celica vào cuối năm 1989

Trang 22

- Honda thế hệ thứ 4, ra mắt trên chiếc Prelude thế hệ tiếp theo vào tháng 9 năm

1991

3.1.2 CẤU TẠO CHUNG

Hình 3.1.2 Sơ đồ bộ điều khiển hệ thống 4WS điều khiển điện tử

- Trên hệ thống 4WS được điều khiển điện tử,không có kết nối cơ học giữa thiết bị lái phía trước và bộ truyền động lái phía sau Thiết bị truyền động lái phía sau này hiện được điều khiển bởi hộp điều khiển 4WS Hộp điều khiển điện tử sử dụng tốc độ quay của vô lăng, tốc độ xe và thông tin góc lái phía trước để tính toán và kiểm soát góc lái phía sau

Trang 23

3.1.3 BỘ TRUYỀN ĐỘNG PHÍA SAU

Hình 3.1.3 Thiết bị truyền động lái phía sau

- Bộ truyền động lái phía sau có thể được so sánh với một thiết bị lái điện.Bộ truyền động này chứa một động cơ điện điều khiển thanh răng lái thông qua cơ cấu vít bi.Thanh giằng thông thường được kết nối từ bộ truyền động lái đến tay lái và trục chính phía sau.Một lò xo hồi vị bên trong bộ truyền động di chuyển các bánh sau về vị trí thẳng phía trước khi tắt công tắc đánh lửa tắt hoặc khi xảy ra lỗi trong hệ thống 4WS.Một cảm biến góc bánh sau (chính) và cảm biến góc bánh sau (phụ) được gắn trên đỉnh của bộ truyền động lái phía sau

- Các cảm biến đầu vào trong hệ thống:

+ Cảm biến góc bánh sau chính trong bộ truyền động lái sau

+ Cảm biến góc bánh sau phụ trong bộ truyền động lái sau

+ Cảm biến góc vô lăng chính trong cột lái dưới tổ hợp công tắc điện + Cảm biến góc lái bánh trước ở giá trước và bánh lái bánh răng

+ Cảm biến tốc độ bánh sau ABS thông thường

+ Cảm biến tốc độ xe thông thường (VSS)

Trang 24

- Điện áp pin được gửi đến động cơ cơ cấu chấp hành lái phía sau thông qua hai Transistors đầu ra.Một trong những Transistor này dẫn dòng điện trong một rẽ phải,trong khi các Transistor khác được kích hoạt trong một rẽ trái Cảm biến chính góc bánh sau chính và cảm biến góc bánh sau phụ gửi tín hiệu phản hồi đến Hộp điều khiển 4WS, cho biết góc lái phía sau thích hợp đã được cung cấp

Trang 25

3.1.5 ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Hình 3.1.5 Góc lái phía sau liên quan đến tốc độ xe và vòng quay vô lăng

- Khi tốc độ xe dưới 18 dặm / giờ (29 km / h),các bánh sau ngay lập tức bắt đầu

lái theo hướng ngược lại với các bánh trước nếu quay vô lăng (Hình 3.1.5) Góc lái

phía sau tối đa là 6 ° tại 0 mph.Tỷ lệ góc lái phía sau giảm trong mối quan hệ đến tốc

độ xe và ở tốc độ 18 dặm / giờ (29 km / h), góc lái phía sau gần như bằng không

- Khi tốc độ xe tăng trên 18 dặm / giờ (29 km / h),các bánh sau điều khiển cùng hướng với các bánh trước thông qua 200 ° đầu tiền của vòng quay vô lăng Góc lái phía sau quay về pha ngược lại nếu vô lăng quay hơn 200 ° trong phạm vi tốc độ xe này Khi tốc độ xe là 60 dặm / giờ (96 km / giờ) và vòng quay vô lăng là 100 °, các bánh sau điều khiển khoảng 1 ° cùng hướng với các bánh trước Nếu tay lái được quay chậm 500 ° ở tốc độ này,các bánh sau được điều khiển khoảng 1 ° theo hướng ngược

lại với các bánh trước

Trang 26

3.1.6 CẢM BIẾN VỊ TRÍ TAY LÁI

Hình 3.1.6 Tốc độ tay lái/Cảm biến vị trí (SWPS)

- Cảm biến tốc độ / vị trí tay lái (SWPS) được gắn ở đầu dưới của cần tay lái và cảm biến này được điều khiển bằng cách xoay trục lái

- Cảm biến vị trí tay lái cung cấp tín hiệu analog và ba tín hiệu số cho mô-đun điều khiển Mô-đun điều khiển (BCM) cung cấp tín hiệu tham chiếu 5 V cho SWPS và một dây nối đất hoặc dây nối đất thấp cũng được kết nối từ SWPS đến BCM

- SWPS chứa một chiết áp,sẽ gửi tín hiệu điện áp tương tự đến BCM liên quan đến vòng quay vô lăng Tín hiệu điện áp tương tự từ SWPS đến phạm vi BCM từ 0,25

V với tay lái được bố trí một vòng sang trái của vị trí trung tâm đến 4.75 V khi tay lái được định vị một vòng sang phải của vị trí trung tâm Với tay lái ở vị trí trung tâm, tín hiệu điện áp tương tự SWPS là 2,5 V.Khi vô lăng quay nhiều hơn một vòng sang trái của vị trí trung tâm, tín hiệu SWPS không thay đổi BCM chuyển tiếp tín hiệu điện áp tương tự SWPS thông qua các liên kết dữ liệu loại 2 đến mô-đun điều khiển tay lái bánh sau

Trang 27

Hình 3.1.7 Đầu vào SWPS đến mô-đun điều khiển

- SWPS gửi tín hiệu kỹ thuật số thông qua các mạch xung pha A, pha B và đánh dấu trực tiếp đến mô đun điều khiển Tín hiệu số xung đánh dấu được hiển thị trên công cụ quét ở mức Cao nếu vô lăng được đặt ở vị trí giữa 10 ° bên trái hoặc 10 ° bên phải vị trí trung tâm Nếu vô lăng được đặt ở vị trí hơn 10 ° ở bên phải hoặc bên trái của vị trí trung tâm, tín hiệu đánh dấu xung được hiển thị là Thấp Tín hiệu pha A và pha B được hiển thị trên công cụ quét là Cao hoặc Thấp khi xoay vô lăng.Các tín hiệu này thay đổi từ Cao xuống Thấp cứ sau một độ xoay vô lăng

Trang 28

3.1.7 CẢM BIẾN VỊ TRÍ BÁNH SAU

Hình 3.1.7 Cảm biến vị trí bánh sau

- Cảm biến vị trí bánh sau được gắn ở phía dưới của bánh lái phía sau (Hình

3.1.7) Cảm biến vị trí bánh sau có hai mạch tín hiệu được kết nối với mô-đun điều

khiển tay lái bánh sau (Hình 3.1.8) Tín hiệu vị trí 1 là một phép đo tuyến tính của điện

áp trên mỗi độ của vòng quay cảm biến vị trí lái phía sau Đối với vị trí 1 đầu vào, phép đo theo độ là từ -620 độ từ bên trái đến + 620 đô đến bên phải Tín hiệu điện áp

từ đầu vào vị trí 1 là 0,25 V đến 4,75 V Nếu điện áp tín hiệu từ vị trí 1 là 0.25 V,tay lái đã được xoay −600 ° qua trung tâm Khi điện áp tín hiệu từ vị trí 1 là 4.75 V,tay lái

đã được xoay +600 ° qua trung tâm Tín hiệu điện áp từ vị trí 2 tăng hoặc giảm từ 0,25

V xuống 4,75 V cứ sau 180 ° xoay vô lăng

Trang 29

Hình 3.1.8 Cảm biến đầu vào vị trí bánh sau đến mô-đun điều khiển tay lái phía sau

Trang 30

3.1.8 CƠ CẤU LÁI PHÍA SAU

Hình 3.1.9a khớp cầu và cam lái

- Cơ cấu lái phía sau là loại bánh răng và bánh răng loại gắn trên vỏ vi sai Thanh răng được kết nối thông qua các thanh giằng và các đầu thanh giằng bên ngoài đến các cam lái.Các đầu thanh giằng bên ngoài được luồn vào thanh giằng và được giữ lại bằng đai ốc Đầu bên trong của các thanh giằng được kẹp vào các đầu của thanh răng

cơ cấu lái Các công cụ đặc biệt được yêu cầu để tháo và lắp đặt các đầu bên trong của thanh giằng trên thanh răng.Trục cam lái trên các khớp ổ bi trên và dưới được bắt vít

vào các phần mở rộng trên vỏ vi sai (Hình 3.1.9a)

- Các khớp đồng tốc (CV) được gắn gần đầu ngoài của mỗi bán trục cầu sau Trục then hoa kéo dài từ phía bên ngoài của khớp CV vào trung tâm phía sau và cụm ổ trục

được bắt vít vào cam lái (Hình 3.1.9a) Một đai ốc, khóa và chốt bi giữ lại các đầu bên

ngoài của trục then hoa được nối trong moayơ và vòng bi Các đĩa phanh được giữ lại trên các đinh tán trong moayơ và vòng bi Động cơ truyền động điện cho cơ cấu lái phía sau được gắn trên đỉnh của cơ cấu lái,và động cơ này được bảo vệ bởi tấm chắn

và tấm trượt được gắn vào vi sai (Hình 3.1.9b) Các động cơ điện lái thanh răng tay lái

để cung cấp tay lái bánh sau Góc lái phía sau tối đa là 12 ° theo hai hướng

Trang 31

Hình 3.1.9b Cơ cấu lái phía sau

Hình 3.1.9c Cơ cấu lái 4WS và động cơ

Trang 32

CHƯƠNG IV ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS

4.1 MỘT SỐ THÔNG SỐ XE

15 Khoảng cách từ trục trước đến trọng tâm xe a1 mm

16 Khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm xe a2 mm

Bảng 4.1 thông số cơ bản của xe

4.1.1 XÁC ĐỊNH MOMENT QUAY VÒNG VÀ LỰC LÁI LỚN NHẤT

- Lực đặt lên vành lái được xác định cho trương hợp ôtô quay vòng tại chỗ vì lúc này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại Lúc đó mômen cản quay vòng trên một bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản lăn M1, mômen ma sát giữa bánh xe và mặt đường M2 và mômen ổn định M3 gây nên bởi các góc đặt của các bánh

xe và trụ đứng

Trang 33

Trong đó:

+ rbx - bán kính làm việc của bánh xe

+ rbx = 0,95.r0 + r0- bán kính tự do của bánh xe dẫn hướng, + α- góc doãng của bánh xe;

+ β - góc nghiêng của trục chuyển hướng;

+ C- Khoảng cách giữa hai tâm trụ quay đứng;

Trang 34

Hình 4.1.1a Sơ đồ tính toán mô men cản quay

Hình 4.1.1b Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng gây ra do lực ngang

Trang 35

Hình 4.1.1c Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn khi có và không có lực ngang tác dụng

a- Không có lực ngang; b- Có lực ngang; c- Phân bố phản lực ngang ở vết tiếp

xúc

- Trên Hình 4.1.1c là sơ đồ mô tả sự lăn của bánh xe đàn hồi khi không có và

khi có lực ngang tác dụng Do độ đàn hồi bên của lốp mà khi bánh xe đàn hồi lăn dưới tác dụng của lực ngang nó sẽ lăn lệch và vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ

quay tương đối đối với mặt phẳng bánh xe (Hình 4.1.1c (b)) Biến dạng ngang của lốp

tăng dần từ phía trước ra phía sau vết tiếp xúc làm cho điểm đặt lực ngang tổng hợp Y

dịch về phía sau so với tâm một lượng x (Hình 4.1.1c (c))

- Thành phần mô men cản quay M3 khi tính toán có thể bỏ qua (do giá trị của

nó khá nhỏ so với các mô men thành phần khác) hoặc tính đến bằng một hệ số nào đó

- Như vậy, nếu cho rằng trên cầu trước có hai bánh xe dẫn hướng và quy dẫn mô men cản quay của chúng về trục của đòn quay đứng thì ta được mô men cản quay tổng:

Trang 36

dd dd

M n bx

dd dd

M

i

K r a

f G i

K M M M







3 0 3

2

2 )

+ dđ- Hiệu suất của dẫn động lái;

+ idd - Tỷ số truyền của dẫn động lái;

+ KM3- Hệ số tính đến ảnh hưởng của mô men ổn định các bánh xe dẫn hướng M3;

4.1.2 XÁC ĐỊNH LỰC CẦN THIẾT TÁC DỤNG LÊN VÔ LĂNG

- Lực cần thiết tác dụng lên vô lăng được xác định theo công thức sau

t c l

i R

M P



+ ηt- Hiệu suất thuận cơ cấu lái;

- Lực Plmax tính được không vượt quá giá trị cho phép là: 120 ÷ 200 [N] Tuy

nhiên để điều khiển nhẹ nhàng người ta dùng trợ lực lái

Lực tác dụng của người lái khi có trợ lực

Ptl =

c

d i

P d D

.4

)

( 2 − 2



Trong đó:

+ Pd (KG/cm2) áp suất dầu trợ lực + D (mm) đường kính xy lanh trợ lực + d (mm) đường kính thanh răng + ic tỷ số truyền của cơ cấu lái

- Lực tác dụng của người lái lên vô lăng khi có trợ lực

Pnl = Pvlm - Ptl

- Chỉ số hiệu dụng trợ lực:

Trang 37

65 , 2 1 , 53

11 ,

p

Ở đây :

+ Pvlm lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá

+ Pnl lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiện quay vòng như trên

4.2 ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG HỆ THỐNG LÁI 4WS

- Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các vecter vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại điểm O hay nói cách khác đường kéo dài của các trục bánh

xe phải cắt nhau tại điểm O Điểm O gọi là tâm quay vòng tức thời của xe

4.2.1 HAI BÁNH QUAY CÙNG CHIỀU

Hình 4.2.1a Mô phỏng xe quay vòng 2 bánh quay cùng chiều

Trang 38

Hình 4.2.1b Mô hình thông số khi xe quay vòng hai bánh quay cùng chiều

Từ Hình 4.2.1a và Hình 4.2.1b ta có thể suy ra điều kiện để xe không bị trượt

Trang 39

𝑐1− 𝑐2 = L

𝑤𝑓cot𝛿𝑜𝑓 − cot𝛿𝑖𝑓 -

Trang 40

4.2.2 HAI BÁNH QUAY NGƯỢC CHIỀU

Hình 4.2.2a Mô phỏng xe quay vòng 2 bánh quay ngược chiều

Hình 4.2.2b Mô hình thông số khi xe quay vòng hai bánh quay ngược chiều

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	2,49 MB