Đồ án tốt nghiệp: Khai thác hệ thống lái trên xe Vios 2018

Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe, đảm bảo giữ nguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô ở một vị trí nào đó. Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động của người điều khiển, thông qua các cơ cấu dẫn động thực hiện điều khiển các bánh xe chuyển động theo quỹ đạo mong muốn việc điều khiển này phải đảm bảo tính linh hoạt nhanh chóng và chính xác. Hệ thống lái thông dụng bao gồm cơ cấu điều khiển (vành lái, trục lái), cơ cấu lái và các đòn dẫn động tạo khả năng chuyển hướng cho các bánh xe xung quanh trụ đứng. Trong quá trình chuyển động, hệ thống lái có ý nghĩa quan trọng thông qua việc nâng cao an toàn điều khiển và chất lượng chuyển động do vậy hệ thống lái ngày càng được hoàn thiện nhất là khi xe chạy đạt tốc độ cao.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

Mã sinh viên : 67DCOT20170

Giáo viên hướng dẫn : PGS TS NGUYỄN THÀNH CÔNG

Hà Nội, ngày … tháng … năm …

Bộ Giao thông vận tải CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường Đại học Công nghệ GTVT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Cơ khí

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Đề tài: Khai thác hệ thống lái ô tô dựa trên xe cơ sở là TOYOTA Vios 2018 Sinh viên thực hiện: Dư Thành Long Mã số sinh viên: 67DCOT20170 a) Về ý thức, thái độ thực hiện đồ án của sinh viên:

b) Những kết quả đạt được của đồ án:

c) Những hạn chế của đồ án:

d) Đề nghị: Được bảo vệ ¨ Không được bảo vệ ¨

Hà Nội, ngày … tháng … năm …

Giảng viên hướng dẫn

2

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

Bộ Giao thông vận tải CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường Đại học Công nghệ GTVT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Cơ khí

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Đề tài: Khai thác hệ thống lái ô tô dựa trên xe cơ sở là TOYOTA Vios 2018 Sinh viên thực hiện: Dư Thành Long Mã số sinh viên: 67DCOT20170 a) Những kết quả đạt được của đồ án:

b) Những hạn chế của đồ án:

c) Đề nghị: Được bảo vệ ¨ Bổ sung thêm để bảo vệ ¨ Không được bảo vệ ¨

Hà Nội, ngày … tháng năm …

Giảng viên phản biện

Bộ Giao thông vận tải CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường Đại học Công nghệ GTVT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Khoa Cơ khí

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN: CƠ KHÍ Ô TÔ.

Họ và tên: Dư Thành Long.

Lớp: 67DCOT22.

Mã SV: 67DCOT20170.

Tên đề tài:

Khai thác hệ thống lái ô tô dựa trên xe cơ sở là TOYOTA Vios 2018.

Tóm tắt nội dung đề tài:

Trình bày tổng quan về khai thác kỹ thuật ô tô, khái niệm cơ bản, nộidung sửa chữa bảo dưỡng định kỳ hệ thống lái Phân tích kết cấu và nguyên lý làmviệc của hệ thống lái trên ô tô TOYOTA VIOS 2018 Phân tích hư hỏng, quy trình bảodưỡng sửa chữa hệ thống lái trên xe TOYOTA VIOS 2018

Số liệu cần thiết, tài liệu tham khảo cho đồ án tốt nghiệp:

Tài liệu sửa chữa, bảo dưỡng TOYOTA VIOS

Tài liệu về kết cấu và nguyên lý hệ thống lái trên ô tô

Các chương, mục đích của bản thuyết minh:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lái

Chương 2: Phân tích kết cấu của hệ thống lái

Chương 3: Khai thác kỹ thuật hệ thống lái

Các bản vẽ chính:

1 Bản vẽ tuyến tính Toyota Vios

2 Bản vẽ phân loại hệ thống lái

3 Bản vẽ cơ cấu lái

MỤC LỤ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 2

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 3

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 8

1.1 Nhiệm vụ, công dụng, yêu cầu đối với hệ thống lái 8

1.1.1 Nhiệm vụ và công dụng của hệ thống lái 8

1.1.2 Yêu cầu 9

1.2 Phân loại hệ thống lái 9

1.2.1 Hệ thống lái trên xe sử dụng hệ thống treo phụ thuộc 10

1.2.2 Hệ thống lái đối với hệ thống treo độc lập 11

1.2.3 Kiểu trục răng – thanh răng 12

1.2.4 Cơ cấu lái trục vít con lăn 13

1.2.5 Cơ cấu lái trục vít chốt quay 15

1.2.6 Cơ cấu lái trục vít cung răng 16

1.2.7 Cơ cấu lái loại liên hợp 17

1.2.8 Phương pháp dẫn động lái 18

1.3 Các góc đặt bánh xe 19

1.3.1.Góc nghiêng ngang của bánh xe (CAMBER) 19

1.3.2 Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster) 19

1.3.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Góc Kingpin) 20

Chức năng: 20

1.3.4.Độ chụm và độ mở (góc doãng) 21

1.4 Giới thiệu về xe TOYOTA Vios 2018 22

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI 23

2.1 Kết cấu cơ cấu lái 23

2.1.1 Kết cấu sơ bộ 23

2.1.2 Kết cấu cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng vô lăng 25

2.2 Kết cấu dẫn động lái 26

2.2.1 Trục lái 26

2.2.2 Trợ lực lái 28

2.2.3 Kết cấu thước lái 32

2.2.4 Cảm biến momen xoắn 34

2.2.5 Cảm biến góc xoay vô lăng 37

2.3 Các bộ phận điều khiển 37

CHƯƠNG 3 41

CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI 41

3.1 Bảo dưỡng kỹ thuật 41

3.1.1 Các yêu cầu chung 41

3.1.2 Các chế độ bảo dưỡng hệ thống lái 42

3.2 Hư hỏng nguyên nhân biện pháp khắc phục 43

3.3 Một số quy trình khai thác kỹ thuật cụ thể hệ thống lái 44

3.3.1 Kiểm tra hành trình tự do vành tay lái 44

3.3.2 Kiểm tra đầu thanh nối 46

3.3.3 Kiểm tra tải trọng ban đầu của thước lái 47

3.3.4 Hiệu chỉnh lệch tâm vô lăng 47

3.3.5 Điều chỉnh góc quay vô lăng 49

3.3.6 Kiểm tra áp suất, độ đảo của lốp 50

3.3.7 Kiểm tra góc quay bánh xe 51

3.3.8 Kiểm tra góc camber, caster và góc kingpin 51

3.3.9 Kiểm tra, điều chỉnh độ chụm 53

3.3.10 Thay cao su chụp bụi thanh răng thước lái 55

6

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

LỜI NÓI ĐẦU

Kinh tế thế giới phát triển với xu hướng chuyên môn hóa ngày càng cao Nhucầu về lưu thông nguyên vật liệu, nhiên liệu, hàng hóa là rất lớn Xã hội phát triển, đờisống của con người ngày càng được nâng cao Do đó, giao thông sẽ ngày càng đượcchú trọng phát triển Đóng một vai trò quan trọng trong giao thông, những chiếc ô tôđang dần được cải tiến và hoàn thiện hơn

Từ thực tế kinh nghiệm của các nước phát triển đi trước như: Mỹ, Nhật, Đức,…công nghiệp ô tô chiếm một tỷ trọng lớn trong nền kinh tế, đem lại lợi nhuận lớn chocác quốc gia này Việt Nam với một nền công nghiệp ô tô còn khá non trẻ, để có thểphát triển bền vững, toàn diện, tiến tới cạnh tranh với các quốc gia đi trước thì yêu cầuđạt ra là cần phải làm chủ được công nghệ trong cả tính toán lý thuyết như trong sảnxuất

Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng của ô tô dùng để thay đổi hướngchuyển động của ô tô hoặc giữ cho ô tô chuyển động xác định theo một hướng nào đó.Một hệ thống lái hoàn thiện về kết cấu, điều khiển dễ dàng sẽ giúp ta điều khiển xe dễdàng, thoải mái đảm bảo an toàn của xe trong quá trình vận hành khai thác Đồng thời

nó còn nâng cao tính tiện nghi, hiện đại của xe

Đáp ứng nhu cầu đó và sự hiểu biết về các ứng dụng khoa học kĩ thuật hiện đại

Em đã được giao nhiệm vụ “ Khai thác hệ thống lái ô tô dựa trên xe cơ sở là

TOYOTA Vios 2018 “ Đề tài bao gồm 3 phần chính như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống lái

Chương 3: Khai thác kỹ thuật hệ thống lái ô tô

Sau khi được nhận đề tài này, được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy

PGS TS Nguyễn Thành Công nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Tuy

nhiên, do trình độ và thời gian tìm hiểu còn nhiều hạn chế, kính mong nhận được sự góp ý kiến của các thầy để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Dư Thành Long

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1.1 Nhiệm vụ, công dụng, yêu cầu đối với hệ thống lái.

1.1.1 Nhiệm vụ và công dụng của hệ thống lái.

Hình 1.1 Hệ thống lái trên xe Ôtô

Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe, đảm bảo giữnguyên hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô ở một vị trí nào đó

Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động của người điều khiển, thông qua các cơcấu dẫn động thực hiện điều khiển các bánh xe chuyển động theo quỹ đạo mong muốnviệc điều khiển này phải đảm bảo tính linh hoạt nhanh chóng và chính xác

Hệ thống lái thông dụng bao gồm cơ cấu điều khiển (vành lái, trục lái), cơ cấulái và các đòn dẫn động tạo khả năng chuyển hướng cho các bánh xe xung quanh trụđứng

Trong quá trình chuyển động, hệ thống lái có ý nghĩa quan trọng thông qua việcnâng cao an toàn điều khiển và chất lượng chuyển động do vậy hệ thống lái ngày càngđược hoàn thiện nhất là khi xe chạy đạt tốc độ cao

8

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

1.1.2 Yêu cầu.

o Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng càng nhỏ càng tốt

o Đảm bảo được động học quay vòng Các bánh xe phải lăn trên các đường tròn đồng tâm

o Điều khiển nhẹ nhàng Lực và hành trình điều khiển phải ứng với mức

độ quay vòng

o Các bánh xe dẫn hướng có tính ổn định cao khi chuyển động thẳng

o Giảm lực va đập từ bánh xe lên vánh lái

o Các bánh xe dẫn hướng phải có động học phù hợp giữa hệ thống lái và

hệ thống treo

1.2 Phân loại hệ thống lái.

Hệ thống lái có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau:

- Theo phương pháp chuyển hướng:

+ Chuyển hướng bánh xe dẫn hướng phía trước

+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe dẫn hướng phía trước, phía sau

+ Chuyển hướng cầu xe: xe rơmooc

+ Chuyển hướng thân xe: máy công trình

- Theo cách bố trí vành tay lái:

+ Bố trí vành tay lái bên trái (đối với các nước có luật giao thông quy định chiều tayphải)

+ Bố trí vành tay lái bên phải (đối với các nước có luật giao thông quy định chiềuchuyển động tay trái như Anh, Nhật, Thái Lan,….)

- Theo đặc điểm truyền lực

+ Phù hợp với hệ thống treo phụ thuộc.

+ Phù hợp với hệ thống treo độc lập

- Theo cách biến đổi kiểu truyền động (phụ thuộc vào kết cấu cơ cấu lái):

+ Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuyển động

quay của các đòn ( Trục vít – bánh vít; Trục vít – êcu bi )

+ Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuyển động tịnh tiến của đònđiều khiển (Bánh trục – thanh răng)

1.2.1 Hệ thống lái trên xe sử dụng hệ thống treo phụ thuộc

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lái đối với hệ thống treo phụ thuộc

1.Vành lái; 2 Trục lái; 3 Cơ cấu lái; 4 Trục ra của cơ cấu lái; 5 Đòn quay đứng; 6 Đòn kéo dọc; 7 Đòn quay ngang; 8 Cam quay; 9 Cạnh bên của hình thang lái;10 Đòn kéo ngang; 11 Bánh xe dẫn hướng;12 Bộ phận phân phối;13 Xi lanh lực

- Đặc điểm kết cấu:

Trong trường hợp tổng quát, hệ thống lái gồm có: Vành lái – trục lái, cơ cấu

lái, hệ dẫn động lái, bộ phận trợ lực lái, giảm chấn Trên hình là sơ đồ hệ thống láithông dụng điều khiển hướng chuyển động 2 bánh dẫn hướng trên cầu trước

Khi đánh lái, người lái tác động lên vành lái 1, qua trục lái 2 dẫn đến cơ cấu lái 3.Chuyển động từ cơ cấu lái được đưa đến bộ phận dẫn động lái thông qua đòn quayđứng Dẫn động lái gồm đòn kéo dọc 6, đòn quay ngang 7, hình thang lái và các cam

10

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

quay bên trái, bên phải làm quay bánh xe ở hai bên.

Với hệ thống treo phụ thuộc, cả hai bánh xe được đỡ bằng một hộp cầu xe hoặcdầm cầu xe, vì thế cả hai bánh xe sẽ cùng dao động với nhau khi gặp chướng ngại vật.Loại hệ thống treo này có những đặc tính sau:

+ Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết vì thế dễ bảo dưỡng

+ Có độ cứng vững cao nên có thể chịu được tải nặng

+ Vì có độ cứng vững cao nên khi xe đi vào đường vòng, thân xe ít bị nghiêng

+ Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng, nhờ thế

mà các bánh xe ít bị mòn

- Ưu điểm, nhược điểm:

+ Ưu điểm: Cơ cấu lái áp dụng trên loại hệ thống này có ưu điểm là có tỉ số truyền lớn,kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng, sửa chữa

+ Nhược điểm : Khó khăn cho việc bố trí trợ lực lái

- Phạm vi áp dụng:

+ Áp dụng trên những xe có tải trọng lớn, tải trọng trung bình, xe khách

1.2.2 Hệ thống lái đối với hệ thống treo độc lập

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống lái đối với hệ thống treo độc lập

1.Vô lăng; 2.Trục lái; 3.Cơ cấu lái; 4.Trục ra của cơ cấu lái; 5.Đòn quay; 6.Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo; 7.Đòn kéo bên; 8.Đòn lắc; 9.Bánh xe dẫn hướng.

-Đặc điểm kết cấu:

+ Trên hệ thống treo độc lập, hai bên bánh xe dịch chuyển độc lập nhau, do vậy dẫnđộng lái phải đảm bảo không ảnh hưởng đến khả năng dịch chuyển của hệ thống treođồng thời vẫn đảm bảo chuyển hướng được các bánh xe dẫn hướng ở hai bên trên cầutrước Để thỏa mãn điều này, dẫn động lái trên hệ thống treo độc lập sử dụng loại cácđòn chia cắt Về mặt nguyên tắc các đoàn dẫn động đều thỏa mãn quan hệ động họcAckerman và vẫn có hình dáng cơ bản là hình thang lái Đanto.

+ Đối với hệ thống treo độc lập, trong quá trình ô tô chuyển động khi chịu tác dụngcủa các lực từ mặt đường thì mỗi bánh xe sẽ dao động độc lập theo kết cấu của hệthống treo mà không chịu tác động qua lại đồng thời như trên hệ thống treo phụ thuộc.Bởi vậy mà hệ thống lái thiết kế cho xe sử dụng loại hệ thống treo này đáp ứng nhữngđặc trưng riêng của kết cấu xe.Đảm bảo cho hệ thống lái của xe vẫn đáp ứng đầy đủcác yêu cầu về tính êm dịu và tiện nghi khi xe chuyển động

-Ưu điểm, nhược điểm:

+ Ưu điểm:

Sự truyền momen tốt do sức cản trong cơ cấu lái nhỏ nên tay lái nhẹ, độ dơ cơ cấu lái nhỏ và có khả năng tự điều chỉnh, cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ

-Phạm vi áp dụng:

Áp dụng trên các xe con, xe có tải trọng nhỏ, xe du lịch,

1.2.3 Kiểu trục răng – thanh răng

Cơ cấu lái kiểu trục 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 Điều chỉnh các ổ nàydùng êcu 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 xuay đứng

12

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

11 Trục răng Hình 2.3: Cơ cấu lái trục răng thanh răng

Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng,trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ănkhớp của bộ truyền lớn,do đó làm việc êm và phù hợp với 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 cơ cấu láikhác

Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp

Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ

1.2.4 Cơ cấu lái trục vít con lăn

Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất 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 trên các

ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn

có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái

N h

× t h e B

A A

Hình 2.4: Cơ cấu lái trục vít con lăn

Ưu điểm:

Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng

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 mà làmcon 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 trục củacon lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm, điều này chophép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng

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 trục vít con lăn làkhông thay đổi

Hiệu suất thuận th = 0,65, hiệu suất nghịch ng = 0,5

14

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

1.2.5 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Hình 2 5: Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Ưu điểm

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu chotrước Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơcấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi

vị trí trung gian Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hayđòn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độmòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi

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

 2

2 cos

c

r i

Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng

vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịumài mòn kém

Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quayđứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.

1.2.6 Cơ cấu lái trục vít cung răng

Hình 2.6 Cơ cấu lái trục vít cung răng

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng làhình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài củacung răng đều truyền tải trọng Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn củatrục vít và cung răng đều giảm Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quaytrong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng

Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6mm ở vị tríhai bên rìa Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2 Khắcphục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1 từ nắp trêncủa vỏ 1,2 – vòng đệm điều chỉnh

Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kíchthước so với loại trục vít bánh răng Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răngnên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn

Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp

Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định theo công thức:

0

2

c

r i

t - bước trục vít.

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi Hiệu suất thuận khoảng 0,5còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4 Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại ôtô khácnhau

1.2.7 Cơ cấu lái loại liên hợp

Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC,không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoá thuỷ lực

Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng Sự nối tiếpgiữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít Nhờ có dãy bi mà trục vít

ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn

Hình 2.7 Cơ cấu lái trục vít liên hợp

Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị không đổi và được xác định theo công thức:

0

2

c

r i

t



 

Trong đó:

r0 - bán kính ban đầu của cung răng

t - bước của trục vít

Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85 Do hiệu suất nghịch

cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặng nhọc, nhưng nó

có khả năng làm cho ôtô chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đólàm bánh xe phải quay vòng

Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm việc dự trữ rất lớn, vìvậy nó được dùng chủ yếu trên các loại ôtô cỡ lớn

Đối với đề tài: Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch, thì cơ cấu lái tốt nhất và thích hợp

nhất là cơ cấu lái trục răng – thanh răng vì những lý do sau:

*Dẫn động lái bốn khâu (Hình thang lái Đantô)

Hình 2.1: Hình thang lái Đantô

Hình thang lái bốn khâu đơn giản dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lực học quay vòng các bánh xe Nhưng cơ cấu này chỉ dùng trên xe có hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng) Do đó chỉ được áp dụng cho các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên xe du lịch ngày nay có hệ thống treo độc lập thì không dùng được

18

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

* Dẫn động lái sáu khâu

Hình 2.2: Dẫn động lái 6 khâu

Dẫn động lái 6 khâu được lắp đặt hầu hết trên các xe du lịch có hệ thống treo độclập lắp trên cầu dẫn hướng Ưu điểm của dẫn động lái 6 khâu là dễ 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 6 khâu được dùng rất thông dụng trên các loại xe du lịchnhư: Toyota, Nissan, Huyndai,…

Với đề tài “Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch”, hệ thống treo độc lập do đó tachọn dẫn động lái 6 khâu Đặc điểm của dẫn động lái 6 khâu là có thêm thanh nối nênngăn ngừa được ảnh hưởng sự dịch chuyển của bánh xe dẫn hướng này lên bánh xedẫn hướng khác

1.3 Các góc đặt bánh xe.

1.3.1.Góc nghiêng ngang của bánh xe (CAMBER)

Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị

trí thẳng đứng với đường tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng

được gọi là góc CAMBER, và đo bằng độ Khi bánh xe dẫn

hướng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc “CAMBER dương”,

và ngược lại gọi là góc”CAMBER âm” Bánh xe không

nghiêng thì CAMBER bằng không (bánh xe thẳng đứng )

Hình 1.2: Góc nghiêng ngang bánh xe 1.3.2 Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster)

CAMB

9

Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía

trước hoặc phía sau của trụ đứng Nó được đo bằng

độ, và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và

phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Nếu trụ xoay

đứng nghiêng về phía sau thì gọi là góc nghiêng

dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm Khoảng

cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất

đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường

được gọi là khoảng Caster c

Hình 1 2 Góc nghiêng trục đứng và chế độ lệch dọc

1.3.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Góc Kingpin)

Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe GócKingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó vàphương thẳng đứng

Chức năng:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải

hoặc quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán

kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ

đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường

cong mặt phẳng nằm ngang của bánh xe giữa đường

kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm của vết tiếp

xúc của bánh xe với mặt đường.

Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làmtăng lực đánh lái Do vậy giá trị của r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phươngpháp để giảm r0 là tạo CAMBER dương và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo gócKingpin

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công20

Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía : Nếu khoảng cách lệch r0 quá lớn,phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh sẽ sinh ra mộtmômen quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe bị kéo sang một phía có phảnlực lớn hơn Các va đập từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe làm cho vô lăng dao độngmạnh và bị đẩy ngược.

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tựđộng quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng Tức là khi quay vòng, quay vô lăng đểquay vòng xe, người lái phải tăng lực đánh lái, nếu bỏ lực tác dụng lên vô lăng thì bánh

xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri đi thẳng

) Để giữ cho xe quay vòng thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất định nào đó.Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay vòng là do có mômen phản lực (gọi là mômenngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe Giá trị của mômen ngược phụ thuộc vào độlớn của góc Kingpin

1.3.4.Độ chụm và độ mở (góc doãng).

Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe dẫn hướng(hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định trên một mặt phẳng điqua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt phẳng đường tạo bởi hình chiếu mặtphẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe

Hình 1.4 Góc chụm bánh xe Chức năng: Thông thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A Kích thước

B,A được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng Độ chụm là

dương nếu B-A>0, là âm khi B-A<0 Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn củavành tay lái

Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng hoàn toàn

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược chiềuchuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Lực Pf này đặt cách trụquay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay đứng Mômen nàytác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau Để lăn phẳng thì các bánh xe đặtvới độ chụm  =B-A dương Với góc  như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳngcủa xe tức là ổn định vành tay lái

Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về phíatrước Bởi vậy góc  giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của lực cản lăn vàlực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí cácbánh xe với góc đặt  có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không

Trên xe con độ chụm thường có giá trị từ 2  3 mm

1.4 Giới thiệu về xe TOYOTA Vios 2018.

Toyota Vios 2018 sẽ được bán ra tại Việt Nam với 3 phiên bản khác nhau bao gồm Vios

G 1.5 CVT, Vios E 1.5 CVT và Vios E 1.5 MT và 5 màu sắc để khách hàng lựa chọn baogồm: Màu đỏ, Màu Trắng, Màu đen ( đen mới), Màu Bạc, Màu Xám Kim Loại

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công22

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI.

2.1 Kết cấu cơ cấu lái

2.1.1 Kết cấu sơ bộ

Hình 2.1 Kết cấu tổng quan hệ thống lái Vios 2018

1 Cột lái và mô tơ điện

 Cảm biến momen xoắn: Phát hiện sự xoay của thanh xoắn; Tính toán momen tác dụng lên thanh xoắn nhờ vào sự thay đổi điện áp đặt trên đó; Đưa tín hiệu điện áp

đó về EPS ECU để điều khiển moto trợ lực lái

 Mô tơ trợ lực lái điện

2 ECU điều khiển trượt (hộp điều khiển ABS)

 Nó xác nhận góc lái , hướng lái,lực đánh lái để điều khiển lực phanh cho phù hợp

Hình 2.2 Các thiết bị điện của hệ thống lái

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công

ECU trợ lực lái

Đèn cảnh báo trợ lực lái (Đỏ / Vàng) Kết nối tín hiệu tới đồng hồ đo

ECM (Engine Control Module)

Jack DLC3

24

2.1.2 Kết cấu cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng vô lăng.

Hình 2.3 Cơ cấu diều chỉnh Vô lăng.

Cơ chế điều chỉnh góc nghiêng vô lăng thủ công

- Cơ chế chỉnh góc nghiêng bằng tay cho phép điều chỉnh vị trí vô lăng theo hướng thẳng đứng (mở rộng) thông qua hoạt động đòn bẩy Điều này tạo cho người lái một tư thế lái

xe thoải mái nhất

- Cơ chế nghiêng bằng tay được khóa bằng lẫy khóa số 1

- Phạm vi điều chỉnh độ nghiêng là 30 mm (1,18 in.)

- Lực trên vành tay lái khi trên đường xấu không quá 20 KG

2.2 Kết cấu dẫn động lái.

2.2.1 Trục lái.

1 Trục trung gian lái * 2 Lắp ráp cột chỉ đạo * 3 Giá đỡ ly khai * 4 Trục chính

* 5 Ống trục lái

* a Trước khi va chạm * b Sau khi va chạm

Cơ cấu hấp thụ năng lượng:

- Một cơ cấu hấp thụ năng lượng có cấu tạo chủ yếu gồm giá đỡ, trục chính, ống trục lái

và trụctrung gian

- Cụm trục lái được nối với thanh tăng cứng bảng táp lô nhờ một giá đỡ ly khai Cụm trụclái và cụm thước lái được kết nối bằng một trục trung gian có thể co dãn được

- Khi thước lái bị dịch chuyển do va chạm (va chạm ban đầu), trục trung gian sẽ thu lại,

do đó tránh cho trục lái và vô lăng không bị dồn vào trong khoang xe

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công26

- Khi lực va chạm truyền tới vô lăng (va chạm thứ cấp), vô lăng và túi khí người lái sẽhấp thụ lực va chạm Ngoài ra, giá đỡ ly khai sẽ tách ra và trục lái chính và ống trục lái sẽthu lại Lúc này, lực cản ma sát của phần trượt sẽ hấp thụ năng lượng Các cơ cấu hấp thụnăng lượng liên tục này sẽ giúp hấp thụ năng lượng của va chạm thứ cấp.

* 1 Động cơ lái điện * 2 Cơ chế giảm tốc* 3 Cảm biến mômen xoắn

-* a Góc nhìn từ trên -* b Mặt cắt ngang A-A

2.2.2 Trợ lực lái.

- Trên xe được trang bị hệ thống trợ lực lái điện (EPS) theo tốc độ xe

- Hệ thống này sẽ tạo ra mô men trợ lực bằng cách sử dụng một mô tơ trợ lực lái điện vàmột cơ cấu giảm tốc được gắn trên cụm trục lái để hỗ trợ người lái khi đánh lái

- Cơ cấu lái kiểu thanh răng và bánh răng được sử dụng trên hệ thống lái của xe

Hệ thống trợ lực lái bằng điện EPS có các đặc điểm sau:

- Hệ thống ESP sẽ chỉ kích hoạt mô tơ trợ lực lái khi người lái đánh lái Nhờ đó sẽ giúptiết kiệm năng lượng khi giữ thẳng lái, giảm mức tiêu hao nhiên liệu

- Cảm biến biến mô men, mô tơ trợ lực lái điện và cơ cấu giảm tốc được tích hợp trongcụm trục lái, tạo ra kết cấu đơn giản và gọn nhẹ

- Không giống như hệ thống trợ lực lái thủy lực truyền thống, hệ thống này rất dễ sửachữa do nó không có các đường ống, bơm dầu, puly và dầu lái

Sơ đồ khái quát hệ thống:

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công28

Mô tơ trợ lực:

* 1 Vòng bi * 2 Bánh răng giun * 3 khớp nối * 4 Rotor * 5 Stator * 6 trục moto * 7 Bánh răng * 8 trục lái

Mô tơ trợ lực là loại có lực quán tính nhỏ, độ ồn nhỏ và công suất lớn Mô tơ trợ lực lái

có cấu tạo gồm rô to, stator và trục mô tơ Mô men được tạo ra bởi mô tơ trợ lực lái sẽđược truyền qua khớp nối tới cơ cấu trục vít Mô men xoắn này sẽ được truyền tới bánhrăng nối với trục lái

Hệ thống lái trợ lực điện được cải tiến lên từ những kết cấu cơ học, hệ thống có kết cấu bao gồm cơ cấu lái, mô tơ điện DC, hộp số truyền, bộ cảm biến lái, cảm biến tốc

độ ô tô, bộ kiểm soát tốc độ, đèn báo EPS và đường dẫn điện Về nguyên lý hoạt động, hệthống này được dựa trên tín hiệu về cảm biến mô men nằm trong cụm trợ lực lái, khi người điều khiển ô tô tác dụng lên vô lăng để thực hiện việc chuyển hướng, dưới tác dụngphản lực của mặt đường thông qua bánh xe, thước lái tác dụng lên thanh xoắn nằm trong cụm trợ lực điện Cảm biến mô men của hệ thống lái trợ lực điện sẽ có tác dụng đo mô men đánh lái để gửi tín hiệu về hộp điều khiển Căn cứ vào tín hiệu được gửi từ cảm biến

mô men hộp điều khiển sẽ đưa ra dòng điện điều khiển mô tơ trợ lực đủ lớn để hỗ trợ cho

người lái xoay trục tay lái theo chiều mong muốn Vì thế lực đánh lái sẽ được hỗ trợ và trở lên nhẹ nhàng hơn.

Cơ cấu giảm tốc:

- Trục vít được đỡ bởi các vòng bi cầu để giảm ồn và ma sát

Hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện EPS:

 Điều khiển chính: Từ giá trị độ xoắn của thanh lái và vận tốc xe sẽ định mức

dòng điện cấp tới mô tơ trợ lực lái

 Điều khiển bù quán tình: Đảm bảo mô tơ trợ lực lái hoạt động khi người lái khởi

hành và xoay vô lăng

 Điều khiển trả lái: Điều khiển hỗ trợ lực hồi về của bánh xe sau khi người lái

đánh hết vô lăng sang 1 bên

 Điều khiển giảm rung: Điều khiển lượng trợ lực khi lái xe quay vô lăng ở tốc độ

cao, do vậy sẽ giảm rung động các thay đổi trong độ lệch của thân xe

SVTH : DƯ THÀNH LONG GVHD:PGS TS Nguyễn Thành Công30