thuyet minh hệ thống lái điện xe 7 chỗ

Lời nói đầu Trong nền kinh tế đang tăng trưởng mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao thông vận tải ngày càng lớn. Vai trũ quan trọng của ụtụ ngày càng được khẳng định vỡ ụtụ cú khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hoá trên nhiều loại địa hỡnh khỏc nhau. Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên, đặc biệt là các loại xe 7 chỗ với ưu điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Với ôtô nói chung và xe du lịch nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện. Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệ thống lái đặc biệt là ở tốc độ cao. Với đồ án tốt nghiệp của mỡnh, em đó cơ bản hoàn thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ.

Lời nói đầu

Trên nền tảng của đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh

tế đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đấtnước và sự hội nhập của các nghành công nghiệp, kỹ thuật Ôtô ở nước tangày càng được chú trọng và phát triển Thể hiện bởi các liên doanh lắpráp Ôtô giữa nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển rộng lớn trênhầu hết các tỉnh của cả nước như: FORD, TOYOTA, NISAN, DAEWOO,KIA, Một vấn đề lớn đặt ra đó là sự hội nhập, tiếp thu những công nghệ

kỹ thuật tiên tiến của các nước có nền công nghiệp phát triển vào việc lắpráp sản xuất cũng như sử dụng bảo dưỡng trên xe Ôtô

Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ôtô là hệ thốnglái Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của Ôtô,

nó đảm bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòngcủa bánh xe dẫn hướng Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnhhưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ôtô,đặc biệt đối với xe có tốc độ cao Do đó người ta không ngừng cải tiên hệthống lái để nâng cao tính năng của nó

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kỹthuật hiện đại Em đã được giao nhiệm vụ “ thiết kế hệ thống lái trợ lựcđiện xe kia-morning ”

Với hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tínhnăng an toàn chuyển động và giúp cho người lái giảm mệt mỏi

Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề đòi hỏiphải có thời gian dài nghiên cứu và thực nghiệm Mặc dù đã có nhiều cốgắng nhưng với khả năng và thời gian hạn chế nên bản đồ án của em cònnhiều khiếm khuyết Em mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ ánđược hoàn thiện hơn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy giáo hướng dẫn : Phạm Hữu Nam đã

tận tình chỉ bảo để em có thể hoàn thành được bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Ôtô - Khoa cơ khítrường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng các bạn đã giúp đỡ em trong quátrình nghiên cứu và hoàn thành đồ án

Sinh viên

Trần Văn Quyết

CHƯƠNG 1 đặc điểm hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô

1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống lái.

1.1 Nhiệm vụ :Hệ thống lái có nhiệm vụ điều khiển hướng chuyển động

của ô tô bằng cách quay bánh xe dẫn hướng thông qua tác động quay vànhlái của người điều khiển Ngoài ra hệ thống lái còn có nhiệm vụ giữ cho xechuyển động thẳng ổn định nhờ khả năng tự trả lái

Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái

1 - Vành tay lái 5- Thanh kéo dọc

+ Cơ cấu lái: bộ phận số 3 trên hình 1.1 Thực chất là bộ giảm tốc để đảm

bảo tăng mô men điều khiển hướng chuyển động của người lái đến bánh xedẫn hướng và có nhiêm vụ truyền và thay đổi hướng của lực của trục lái

+ Hệ dẫn động lái: gồm vành lái,các đòn dẫn động cơ cấu lái và các đòn

dẫn động từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hướng, hình thang lái: gồm các chitiết (1,2,4,5,6,7) trên hình 1.1 Có nhiệm vụ truyền lực từ vành lái và từ cơcấu lái đến bánh xe dẫn hướng

1.2 Yêu cầu đối với hệ thống lái:

+ Đảm bảo động lực học chuyển động và quay vòng của xe : Đảm bảo ổnđịnh bánh xe dẫn hướng, các bánh xe dẫn hướng sau khi thực hiện quayvòng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng

+ Lực điều khiển mhẹ nhàng và phải tỉ lệ với mô men cản mặt đường: mômen cản lớn thì lực điều khiển phải lớn và ngược lại

+ Hiệu suất thuận.

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống.Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầuphải hiệu suất thuận cao, thường chọn  = 0,65

+ Hiệu suất nghịch.

Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lêntrục lái Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệthống chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bịtriệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái Đây là một tính chất rất quí của cơ cấulái Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánhlái xẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổnđịnh Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị tríban đầu và để hạn chế các va đập từ đường tác dụng lên hệ thống lái trong

một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu suất nghịchnhất định, thường lấy  = 0,5

+ Đảm bảo sự bố trí của hệ thống: cách bố trí không được quá phức tạp,cồng kềnh, và giá thành của hệ thống không quá cao, làm việc ổn định, độtin cậy và tuổi thọ làm việc cao

2 Các hệ thống lái có trợ lực

Để giảm cường độ hoạt động của người lái thì hệ thống lái cần có trợ lựcHình 1.2 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực

Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái có trợ lực

Hệ thống lái trợ lực (trên xe du lịch) có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lựcthuỷ lực, trợ lực điện

Trợ lực lái

Bánh xe

Hệ thốnglái

+ Trạng thái quay vòng trái: khi ta xoay vành lái sang trái van điều khiểncấp dầu đến khoang trái của xy lanh áp suất dầu trợ lực đẩy thanh răng sang

Van điều khiển

Van điều khiển

phải, dầu khoang phải được hồi về bình chứa Với góc quay của vành láicàng lớn van phân phối dầu đến xy lanh càng nhiều dẫn đến trợ lực càngnhiều do áp suất dầu tăng.

+ Với trạng thái quay vòng phải sẽ ngươc lại với quay vòng trái dầu đượcvan phân phối cấp tới khoang bên phải của xy lanh và thanh răng được đẩysang trái

+ Trạng thái đi thẳng: van phân phối ở vị trí trung gian lúc này áp suất dầu

ở hai khoang xy lanh là như nhau vì vậy lực tác dụng lên thanh răng bị triệttiêu

Như vậy hệ thống làm việc dựa vào 1 thông số mô men trục lái vì vậy ta cócác ưu nhược điểm của hệ thống là như sau:

2.1.2 Ưu nhược điểm của hệ thống

+Ưu điểm:

- Giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so vơí hệ thống lái không có trợlực vì có thêm trợ lực tác động của xy lanh lực lên thanh răng do áp suấtdầu của bơm trợ lưc gây ra

- Là cơ cấu an toàn khi xe bị nổ lốp hoặc xì hơi

- Kết cấu đơn giản so với hệ thống trợ lực khác: trợ lưc khí nén và trợ lựcđiện

- Làm việc tin cậy có độ bền cao, chịu được va đập nhẹ

+ Nhược điểm:

- áp suất dầu được tạo ra từ bơm dầu mà bơm dầu lại đươc dẫn động từ trụckhuỷu của động cơ và bơm dầu luôn luôn hoạt động trong suôt quá trình xechạy vì vậy làm tốn công suất của động cơ thưòng xuyên

- Hệ thống cần độ kín khít cao, nên thường xuyên phải kiểm tra sự dò dỉ dầucủa hệ thống

- Kết cấu đơn giản nhưng hệ thống cồng kềnh dẫn đến tăng khối lượng của

+ Về mặt tỉ số truyền góc bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỉ sốtruyền thấp để người lái quay vòng hiệu quả: người điều khiển phải quayvành lái ít và ở tốc độ cao cần có tỉ số truyền cao vì lúc này mức phản ứngcủa xe rất nhạy nhưng hê thống chưa đáp ứng được

+ Khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiềuvòng

+ Khi hệ thống trợ lực hỏng lực điều khiển nặng hơn hệ thống không có trợlực

3 Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện

3.1 Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện:

Hình 1.5 là Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện

Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men ,

mô tơ điên 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 ngườilái tác dụng thông qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu nàyđến ECU

Hình 1.5 - Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện

+ Motor điện 1 chiều:

Hình 1.6 thể hiện Motor và bộ truyền trục vít - bánh ví

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

Cảm biến vận tốc xe

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

Hình 1.7 là sơ đồ tín hiệu vào ra của hệ thống

Hình 1.7 – sơ đồ tín hiệu vào ra

Theo hình 1.5 và hình 1.7 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 củatrục lái và tín hiệu của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó ECU tínhtoán dẫn động motor điện trợ lưc mô men thích hợp với lực đánh lái Lựcđánh lái càng nhiều thì motor điện càng phải trợ lực nhiều hơn, nhưng mômen trợ lực của motor sẽ được điều khiển giảm dần khi vận tốc xe tăng dần.+ Trạng thái quay vòng : khi người điều khiển quay vành lái tác động lêncảm biến mô men, cảm biến mô men truyền tín hiệu cảm biến được tớiECU kết hợp với tín hiệu từ cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính toán dẫnđộng mô tơ điện trợ lực mô men thích hợp và nhờ cảm biến mô men màECU 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 pháthiện có mô men trên trục lái tín hiệu đưa vào ECU của cảm biến mô men làkhông có nên ECU chưa điều khiển mô tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái

đi thẳng được giữ nguyên mà không có sự trợ lực

3.3 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 vàgóc quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số:tốc độ xe, mô men trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trụclái vì vậy ta có những ưu điểm 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 ởtốc độ thấp tỉ số truyền nhỏ, và ngược lại xe ở tốc đọ cao tỉ số truyền lớn Là

mô men trợ lực của động cơ điện được điều khiển thay đổi theo tốc độ của ô

tô vì vậy ưu điểm lớn nhất của hệ thống lái trợ lực điện là mô men trợ lựccủa động cơ điện thay đổi phù hợp theo tốc độ của xe

- so với trợ lực dầu thì xe có hệ thống lái trợ lực điện tiết kiệm được nhiênliệu hơn vì ở hệ thống lái trợ lực dầu động cơ luôn dẫn dộng bơm trơ lựcdầu cả khi người lái không quay vô lăng ngươc lại hệ thống trợ lực điện thìđộng cơ điện chỉ làm việc khi người lái quay vành lái nên không tiêu tốncông suất cảu động cơ thường xuyên

- so với trợ lực dầu thì trợ lực điện làm việc êm hơn vì không có tiếng kêucủa bơm trơ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn nhưng lại gọn hơn vì vậy màtrọng 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 xekhông có trợ 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

A A

A-A

B Nh× n theo B

31

4 Phương án lựa chọn thiết kế

Qua phân tích đặc điểm các hệ thống lái trợ lực, với những ưu điểm của hệthống lái trợ lực điện đã trình bày ở trên, em chọn phương án lựa chọn thiết

kế là: hệ thống lái trợ lực điện EPS Vậy ta cần phải lựa chọn và thiết kế cáccụm chính sau: Lựa chọn thiết kế cơ cấu lái, lựa chọn dẫn động lái, lựa chọnthiết kế trợ lực lái

4.1 Phương án lựa chọn thiết kế cơ cấu lái

+ phương án 1 : Cơ cấu lái trục vít con lăn( xem hình 1.8)

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng Trên phần lớn các ôtôLiên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này

Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trêncác ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng Số lượng ren của loại cơ cấu láitrục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái

- nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớnnhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn,nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.

- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô màlàm con lăn có hai đến bốn vòng ren

- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn

- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng Đường trụccủa con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm,điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnhtrong quá trình sử dụng

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xácđịnh theo công thức:

2 1

2

c

r i

z1 - số đường ren của truc vít

Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng

5  7% nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trụcvít con lăn là không thay đổi Hiệu suất thuận th = 0.65, hiệu suất nghịch,

ng = 0.5

+ Phương án 2: Cơ cấu lái trục vít chốt quay( xem hình 1.9)

Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

- Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.

- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay

Nếu bước của trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo côngthức:

r2 - bán kính đòn quay.

Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7

Cơ cấu lái này được dùng trước hết ở hệ thống lái không có cường hoá nóđược dùng chủ yếu cho ôtô tải và ôtô khách

Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sửdụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thânchốt có độ chịu mài mòn kém

Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trụcquay đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trụclái

+ Phương án 3: Kiểu bi trục vít êcu bi cung răng ( xem hình 1.10)

Cấu tạo :

Gồm một trục vít, cả hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trụcvít và êcu có rãnh tròn có chứa các viên bi,các viên bi lăn trong rãnh vàtruyền lực Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi bi quay trở lại

vị trí ban đầu

Khi truc vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyểnđộng này làm quay răng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đònquay đứng Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, quacác đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn hướng

10 9 8

32

Hình 1.10 - Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn

1 vỏ cơ cấu lái 6 Phớt

2.Bi dưới 7 Đai ốc điều chỉnh

Đặc điểm của loại cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi là các bán kính

ăn khớp của các răng rẻ quạt C1,C2,C3 là bằng nhau và các bán kính ăn khớp

D1 ,D2,D3 của các răng đai ốc bi cũng bằng nhau Do vậy tỷ số truyền củamỗi răng là không đổi ở bất kỳ góc quay nào của trục răng rẻ quạt và bằng

tỷ số sau :

C

D

c =c =c d=d=d

C C

D D

Hình 1.11 - Cơ cấu lái loại trục vít -êcu bi cung răng(tỷ số truyền

không đổi)

+Phương án 4: Kiểu bánh răng - thanh răng.( xem hình 1.12).

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

lái chính ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi.Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răngnằm ở phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn Khi vô lăng quay,bánh răng quay làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sangtrái trên hai bạc trượt.Sự dịch chuyển của thanh răng được truyền tới đònbên qua các đầu thanh răng, sau đó làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụxuay đứng

11 10

9

8

5 4 3

2.Chụp nhựa 8.Đai ốc điều chỉnh

3.Đai ốc điều chỉnh 9.Lò xo

4 ổ bi trên 10.Thanh răng

5.Vỏ cơ cấu lái 11.trục răng

6 Dẫn hướng thanh răng 12 ổ bi dưới

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răngnghiêng, trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanhrăng, nhờ vậy sự ăn khớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợpvới việc bố trí vành lái trên xe

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 tácdụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơcấu lái khác

+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.Sức cản trượt, cảnlăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ

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

Lựa chọn phương án:

Với 4 phương án trên em lựa chọn phưong án 4 làm phương án thiết kế vì

hệ thống đã có trợ lực ta chỉ cần cơ cấu lái đơn giản không cần có tỉ sốtruyền phải lớn và thay đổi, và lúc đó thanh răng được lấy luôn là 1 khâucủa hình thang lái

4.2 Phương án lựa chọn dẫn động lái

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗngquay của tất 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 cầutrước, đòn kéo ngang và các đòn bên Sự quay vòng của ôtô là rất phức tạp,

để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phíangoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần tới 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 đòn kéo tạo lên hình thang lái

+ Dẫn động lái bốn khâu (Hình thang lái Đantô):

V

Hình 1.13 - Dẫn động lái 4 khâu.

+ Dẫn động lái sáu khâu:

Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệthống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái sáukhâu là dễ lắp đặt cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí cườnghoá lái thuận tiện ngay trên dẫn động lái, Hiện nay dẫn động lái sáu khâuđược dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịch như : Toyota, Nisan,Mercedes,kia …

Với đề tài “ thiết kế hệ thống lái cho kia morning”, hệ thống treo độc lập

do đó ta chọn dẫn động lái sáu khâu Đặc điểm của dẫn động lái sáu khâu

là có thêm thanh nối nên ngăn ngừa được ảnh hưởng sự dịch chuyển củabánh xe dẫn hướng này lên bánh xe dẫn hướng khác

Hình1.1

4 - Dẫn động lái sáu khâu.

4.3 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).

Hình1.15 là Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type

Hình1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type

- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủđộng của cơ cấu lái, nên mô men của motor không cần phải lớn và tốnkhông gian bố trí bên dưới

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

Hình 1.16 là Sơ đồnguyên lý trợ lực kiểu rack-type

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

thống

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

`

Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu rack-type

+ phương án 3: motor trợ lực cho trục lái(column -type )-xem hình 1.17)

Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu column -type

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

- 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 khônggian bên dưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũngthuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điềukhiển ECU

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

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

Hình 1.18 là 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 điềuchỉnh bằng van điện từ: ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe từ đóđiều khiển van điện từ tăng giảm lưu lượng dầu phù hợp theo tốc độ của ô

tô, vận tốc ô tô càng cao thì van điện từ đóng bớt đường dầu lại và ngượclại

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

thuận tiện cho công việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điềukhiển ECU.

Hình 1.19 là Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểu type

Hình 1.19 - Sơ đồ bố trí chung của hê thống lái trợ lực điện kiểucolumn-type

CHƯƠNG 2

tính toán thiết kế hệ thống lái

Thông số kĩ thuật tham khảo của XE KIA MORNING

Chiều rộng cơ sở trước/sau (mm) 1400/1385

Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 4,6

Trọng lượng không tải (N) 8500Trọng lượng toàn tải (N) 13500Trọng lượng cầu trước G1(N) 7400

Trọng lượng cầu sau G2(N) 6100

+ Cảm biến mô men: được gắn trên trục 1, có nhiệm vụ xác định mô men

mà người lái tác 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 lựcxuống cơ cấu lái

Hình 1.20 - 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 vớimotor điện 1 chiều bằng khớp nối

+ ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu của cảm biến mô men và cảm biến tốc độ

xe, từ đó tính toán dẫn động motor điện trợ lực vào trục 2

+ các trạng thái làm việc

+ Lực cản quay vòng nhỏ (chưa có trợ lực): Với mô men cản ở mặt đườngnhỏ hơn 44 N.m (hay lực tác động lên vành lái nhỏ hơn 20N) thì hệ thốnglàm 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 lực tác dụng lên vành lái lớn hơn 20N), thì ECU nhận tín hiệu từ cảmbiến mô men và cảm biến tốc độ xe, từ đó tính toán rồi điều khiển motor trợlực phù hợp cho hệ thống bằng bộ truyền lực trục vít - bánh vít, cho đến khilực tác dụng lên vành lái là cực đại là : 60 N thì motor trợ lực cực đại cho hệthống.

+ Khi lực cản quay vòng không đổi: Khi đó mô men tác dụng trên trục lái1(xem hình 1.13) là không đổi, cảm biến mô men xác định trạng thái này,cảm biến gửi tín hiệu đến ECU, ECU điều khiển điều khiển motor không trợlực mô men không đổi vào trục 2( xem hình 1.20)

- Trạng thái quay vòng: khi người lái quay vành lái sang, cảm biến mô menxác định được chiều quay và mô men tác dụng trên trục lái, ECU điều khiểnmotor trợ lực phù hợp theo chiều quay của vành lái

- nguyên lý chép hình: khi ta quay vành lái, dựa vào tín hiệu của cảm biến

mô men mà ECU tính toán điều khiển motor trợ lực phù hợp, khi ta giữnguyên vành lái không quay nữa, cảm biến mô men xác định được trang tháinày, thì ECU điều khiển motor trợ lực đến đó không quay nữa khi ta quaytiếp cảm biến mô men xác định được tín hiệu này,ECU điều khiển motor trợlực tiếp tục trợ lực phù hợp lực tác dụng lên vành lái và vận tốc của xe Khi

ta quay vành lái càng mạnh thì motor trợ lực cho hệ thống càng nhiều

+Cảm biến mô men trục lái.

Hình 1.21 - Cảm biến mô men

Hình 1.22 - 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.(xem hình 1.23)

Lớp bán dẫn

Nguyên lý hoạt động (xem hình 1.21)

Khi tác dụng mô men lên trục lái, roto quay cùng trục lái(nhờ then hoa),lúcnày từ thông đi qua các lớp bán dẫn biến thiên, dẫn đến trong mạch bán dẫnxuất hiện suất điện động cảm ứng hall, và giá trị suất điện động này thay đổi

tỉ lệ với mô men tác dụng lên trục lái Eh = kBi/

Đặc tính làm việc của cảm biến mô men trục lái.(xem hình 1.24)

Hình 1.24- Tín hiệu ra của cảm biến

Nam châm vĩnh cửu Lớp bán dẫn

Vỏ nhựa

Trên hình 1.24 thể hiện hiệu điện thế đầu ra của cảm biến ở 2 trạng thái trụclái quay phải và quay trái:

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

- 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 cậycủa hệ thống

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

2.1 Xây dựng đường cong lý thuyết:

Trên hình 2.1 là sơ đồ nguyên lý quay vòng.Từ lý thuyết quay vòng, để bánh

xe lăn tinh khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ dướiđây của các bánh xe dẫn hướng

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 2.1 sơ đồ nguyên lý quay vòngXác định góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng phía trong max:

max = arctg (1.2)với : Rmin – là bán kính quay vòng nhỏ nhất của Ôtô, Rmin = 4,6 (m)

max = arctg

2370 1400 4600

a) Trường hợp xe đi thẳng:

Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình 2.2 ta có thể tính được mối quan hệgiữa các thông số theo các biểu thức sau:

Bx

Thay (1.7) vào (1.5) 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 hệgiữa  và  vẫn được giữ nguyên như công thức trên thì hình thang lái Đan

- Tô không thể thoả mãn hoàn toàn được

Hình 2.2 Sơ đồ hình thang lái khi xe chạy thẳng.

2

X  B m   p  y m  ( 1.8)

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch vớiquan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quayvòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn, nhưngcũng không được vượt quá 10

b).Trường hợp khi xe quay vòng:

Trên hình 2.3 là Sơ đồ hình thang lái khi xe quay vòng Khi bánh xe bên tráiquay đi một góc  và bên phải quay đi một góc , lúc này đòn bên của bánh

xe bên phải hợp với phường ngang một góc (-) và bánh xe bên trái là (+) Ta có mối quan hệ của các thống số theo quan hệ sau:



X



D A

Từ (1.12) và (1.13) thay vào (1.14) ta rút ra được biểu thức liên hệ giữa  và

2 2

 - 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