THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖTHIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốcdân, được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng vì nó

có những ưu điểm như thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng và có tính cơ động cao

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 mụcđích sử dụng khác nhau

Với ôtô nói chung và xe du lịch nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàngđầu 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 Để đảm bảo tính tiện nghi, an toàn cho người sử dụng thì việc thiết kếmột hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là một điều rất cần thiết trong xãhội hiện đại Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vòng đúng của các bánh xe dẫnhướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng và phù hợp với phần lớnđối tượng sử dụng Chính vì vậy việc tính toán và cải tiến về thiết kế chế tạo cũng như

sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn

Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp

em được giao nhiệm vụ: ‘‘Tính toán thiết kế hệ thống lái cho ôtô con, loại 7 chỗ ngồi ”.

Sau hơn ba tháng, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trọng Hoan và sự

giúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong quátrình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót Do đó, em rất mongnhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Trần Quốc Hoài

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1 Công dụng của hệ thống lái

Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đổi hay duytrì) theo tác động của người lái Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều khiểnkhác thực hiện điều khiển ô tô và đóng góp vai trò quan trọng trong việc đảm bảo antoàn giao thông khi ô tô chuyển động Hệ thống lái bao gồm các cụm và chi tiết từ cơcấu điều khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiển hướng chuyển động toàn xe

1.2 Phân loại hệ thống lái

• Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

- Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS)

- Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS)

• Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực

- Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, kết hợp…

• Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái

- Cơ cấu lái kiểu trục vít globoit – con lăn

- Cơ cấu lái kiểu trục vít – răng rẻ quạt và trục vít – êcu bi

- Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

• Phân loại theo cách bố trí vành lái

- Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải)

- Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái)

1.3 Yêu cầu của hệ thống lái

Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động củaôtô là hệ thống lái Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:

 Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái

 Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh

và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

 Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khiquay vòng

 Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sựtác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng

 Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái

 Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước khôngảnh hưởng đến động học cơ cấu lái

 Giữ chuyển động thẳng ổn định

 Hệ thống lái phải bố trí thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa

2 Kết cấu hệ thống lái

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản

1 Vành lái; 2 Trục lái; 3 Cơ cấu lái; 4 Khung xe; 5 Đòn dẫn động

2.1 Vành lái

Vành lái là cơ cấu có dạng vành tròn Người lái tác dụng lực lên vành lái tạo ra

mô men quay để hệ thống lái làm việc

Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kínhcủa vành lái:

Mvl=Pl.rvl

Trong đó: Mvl : Là mô men vành lái

Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái

rvl : Là bán kính vành láiVành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không đượcvượt quá 80

2.2 Trục lái

Trục lái có nhiệm truyền mô men lái xuống cơ cấu lái Trục lái gồm có trục láichính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái vàống truc lái để cố định trục lái vào thân xe Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ vađập Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặckhi tai nạn xảy ra

Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và loạitrục lái không thay đổi được góc nghiêng

Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấuđiều khiển như: cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thểđiều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượttrục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốtnhất cho người lái

2.3 Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyểnđộng quay vòng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và đảm bảo tỉ

số truyền theo yêu cầu

Về bản chất, cơ cấu lái là hộp giảm tốc và có nhiệm vụ tăng mômen truyền từ vôlăng tới các bánh xe dẫn hướng Các thông số đặc trưng cho cơ cấu lái gồm tỷ sốtruyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch

2.3.1 Tỷ số truyền cơ cấu lái

Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng:

ω : là góc quay của trục đòn quay đứng

Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể không đổi hoặc thay đổi Quy luật thay đổi tỷ sốtruyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ sau:

Hình 1.2 Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái

và góc quay của vành tay lái

* iω= góc quay của vô lăng / góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái trụcrăng - thanh răng )

* Phân tích đồ thị:

Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với vậntốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung gian,

nên tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng Hơn nữa tỷ sốtruyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vô lăng.

Ở các góc đánh lái lớn thì tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạthơn, cho phép ô tô có thể quay vòng trong những chỗ hẹp, bán kính quay vòng nhỏ.Tuy nhiên cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp, đắt tiền Vì vậy với hệthống lái có trang bị trợ lực thì nên sử dụng cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi

2.3.2 Hiệu suất cơ cấu lái

Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch:

* Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vô lăng tới bánh xe Hiệu suấtnày càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là lái càng nhẹ hơn

* Hiệu suất nghịch: là hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vô lăng, vìvậy khi thiết kế cơ cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặtđường lên vô lăng

Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, các lực va đập từ mặt đường truyền ngượclên vô lăng giảm đi đáng kể Đây là một ưu điểm của cơ cấu lái cần được tận dụng tối

đa Tuy nhiên, nếu chọn hiệu suất nghịch quá bé thì vô lăng sẽ mất khả năng tự trở về

vị trí trung gian nhờ các mô men ổn định Bởi vậy trong khi thiết kế nên chọn hiệusuất nghịch ở mức độ hợp lý

2.3.3 Các yêu cầu của cơ cấu lái

Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo Vì vậy cơ cấu

lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe

+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suấtnghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái

+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết

+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái

+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao

+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt giá trị maxkhi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt nhỏ nhất khi tốc

11 10

9

8

5 4 3

122

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặt đườnglên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhưng nếu độđàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe Độ đàn hồi của hệthống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mômen đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của cácphần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động

2.3.4 Các dạng cơ cấu lái thông dụng

* Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng

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 Điều chỉnh các ổ nàydùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹnhàng

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

Hình 1.3 Cơ cấu lái kiểu bánh 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

• Ưu điểm:

1 Trục lái 7 Đai ốc

2 Chụp nhựa 8 Đai ốc đ/c

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 12 Ổ bi dưới

+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp, tự động triệt tiêu khe

hở tại chỗ ăn khớp

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

• Nhược điểm:

+ Kích thước chiều dài cơ cấu lớn

+ Thanh răng chế tạo từ thép chất lượng cao, kích thước nhỏ tuy nhiên dễ bịcong trong quá trình sử dụng

* 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 globoit 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

• Ưu điểm:

1 Trục vít; 2 Con lăn; 3 Trục đòn quay đứng

1000 9 8

3 2

+ 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 cho phéptriệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng

• Nhược điểm: Trong sử dụng độ rơ do ăn khớp giữa ren trục vít và răng con lăn sẽtăng dần lên do mòn, do vậy độ rơ cơ cấu lái sẽ ngày càng lớn Khi độ rơ quá lớnhiệu quả điều khiển hai chiều của cơ cấu lái sẽ kém, dẫn tới giảm độ nhạy của hệthống lái

* Cơ cấu lái loại trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng:

Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn Trục vít và êcu có rãnhtròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đườnghồi bi quay trở lại vị trí ban đầu

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động nàylàm quay răng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng Khi bánhrăng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh

xe dẫn hướng

Hình 1.5 Cơ cấu lái trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng

1 Vỏ cơ cấu lái; 2 Ổ bi dưới; 3 Trục vít; 4 Ê cu; 5 Ổ bi trên; 6 Phớt

7 Đai ốc điều chỉnh; 8 Đai ốc hãm; 9 Bánh răng rẻ quạt; 10 Bi

Ô tô có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh vô lăng.Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên tục lên vôlăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực lớn để quayvòng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thần khi điều khiển xe

Vì vậy để khắc phục được các vấn đề nêu trên thì các bánh xe được lắp vào thân xe vớicác góc nhất định tuỳ theo yêu cầu nhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng củatừng loại Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh xe

Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theo mộtgóc chính xác theo yêu cầu thiết kế Nếu như các góc đặt bánh xe không đúng thì cóthể dẫn đến các hiện tượng sau:

+ Khó lái

+ Tính ổn định lái kém

+ Trả lái trên đường vòng kém

+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh)

Góc Camber

(-)

(+)

+ Góc nghiêng ngang của bánh xe (Góc Camber)

+ Góc nghiêng dọc của trụ đứng (Góc Caster và khoảng Caster)

+ Góc nghiêng ngang trụ đứng (Góc Kingpin)

+ Góc doãng (Độ chụm và độ mở)

+ Bán kính quay vòng (Góc bánh xe, bán kính quay vòng)

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 tâmcủa bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc camber, và đo bằng độ Khi bánh xe dẫnhướng 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 1.8 Góc Camber

* Chức năng của góc camber:

Những năm về trước bánh xe được đặt với góc camber dương để cải thiện độ

bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng lượngcủa xe ) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do có phần giữa caohơn hai mép

Ở những xe hiện nay, hệ thống treo và cầu xe cứng vững hơn những xe trướckia và mặt đường thì phẳng, vì vậy ít cần camber dương, kết quả là các bánh xe đượcđiều chỉnh đến camber gần bằng 0 (ở một số xe camber bằng 0) Khi góc camber bằng

c

Góc Caster

(-)(+)

3.2 Góc nghiêng dọc trụ đứng (Caster)

Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụđứng Nó được đo bằng độ và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và phươngthẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau thì gọi làcaster dương, nghiêng về phía trước thì gọi là caster âm

Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâmvùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng caster

Góc caster và khoảng caster được thể hiện ở hình sau:

Hình 1.9 Caster và khoảng Caster

* Chức năng của góc caster :

Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào

đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vàođường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản

Góc Kingpin

Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều

tiến của xe (caster dương) thì phản lực bên Yb của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một

mô men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:

M = Yb.c Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó bịlệch khỏi vị trí này Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục

mô men này Vì vậy, góc caster thường không lớn Mômen này phụ thuộc vào gócquay vòng của bánh xe dẫn hướng Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc casterbằng khoảng từ 00 đến 30

Tính ổn định chạy thẳng: Nếu bánh xe có khoảng caster thì giao điểm giữađường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trước điểm tiếp xúc giữa lốp xevới mặt đường Vì lốp xe được kéo về phía trước nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có

xu hướng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định trên đườngthẳng

3.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (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

Hình 1.10 Góc Kingpin

* Chức năng của góc kingpin:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ đứngvới khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quay quanhtrụ 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 vếttiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụquay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái Do vậy giá trị của

r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r0 là tạo camberdương và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo góc kingpin

Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía: Nếu khoảng cách lệch r0quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh

sẽ sinh ra một mômen quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe bị kéosang một phía có phản lực lớn hơn Các va đập từ mặt đường tác dụng lên cácbánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và bị đẩy ngược Mô men này tỷ lệ với

độ lớn của khoảng lệch Khi khoảng lệch gần bằng 0, mô men nhỏ hơn sẽ sinh raquanh trục xoay đứng khi tác dụng lực lên bánh xe và vô lăng sẽ chịu ảnh hưởng

ít hơn bởi lực phanh hay va đập từ mặt đường

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc kingpin sẽ làm cho các bánh xe

tự động trả về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng Vấn đề trở về vị trí thẳng saukhi quay vòng là do có mômen phản lực (gọi là mômen ngược) tác dụng từ mặtđường lên bánh xe Giá trị của mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góckingpin

3.4 Độ chụm và độ mở (Góc doãng)

Khi phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau ( khi nhìn từ trênxuống ) thì gọi là “ độ chụm ”, sự bố trí ngược lại gọi là “ độ mở ”

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 Độchụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0

Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành taylái Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳnghoàn toàn

Hình 1.11 Độ chụm bánh xe

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngược

chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Lực Pf này

đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay

đứng Mômen này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau Để

lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm ∆= B-A dương Với góc ∆ như thế

thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái

Hình 1.12 Lực cản lăn P f

Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe

về phía trước Bởi vậy góc ∆ giảm Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng

của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh

bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt ∆ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng

không

3.5 Bán kính quay vòng (Góc bánh xe, bán kính quay vòng)

Hình 1.13 Sự trượt bên khi quay vòng

Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lếthoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cảcác bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe

Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thìcác thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bánkính quay vòng mong muốn

Hình 1.14 Sơ đồ quay vòng

Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe quay vớibán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra một lựcngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm Lực này là lực hướng tâm Lực hướngtâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và mặt đường,lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng

4 Dẫn động lái

Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõngquay của bánh xe Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năng sau:

+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng

+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiệntượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫnhướng

xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định.

Quan hệ hình học của ACKERMAN là biểu thị quan hệ góc quay của các bánh

xe dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay vòng tức thời của xe nằm trênđường kéo dài của tâm trục cầu sau

Hình 1.14 Quan hệ hình học của ACKERMAN

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu)phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểuthức sau :

cotg α - cotg β =B0 /L (1) Trong đó : - L : chiều dài cơ sở của xe

- B0 : khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng

- α, β: Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài và trong

Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi làhình thang lái Đantô Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song

do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến Mỗi một chủng loại xe, có kích thước

và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái

4 khâu với quan hệ hình học Ackerman chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hướng lớn.Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quayvòng gấp

* Có hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình:

- Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh láiĐantô như sau:

Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh

xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái) Các đòn bênquay quanh đường tâm trụ đứng

Phương pháp bố trí được trình bày như hình dưới đây:

Hình 1.15 Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền

Hiện nay trên xe con thông dụng là hệ thống treo độc lập, do vậy dẫn động lái

có rất nhiều đòn và khớp

Hình 1.16 Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

a Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu

b Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu

Trên xe tải thông dụng là hệ thống treo phụ thuộc, do vậy sử dụng hìnhthang lái Đantô Trên một số xe tải hạng nặng, xe siêu trường, xe siêu trọng dẫnđộng lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô( như xe Huyndai 18 tấn )

Hình 1.17 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của cáccánh tay đòn Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền của các dẫn động láithường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1,1

* Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái

- Khớp cầu: Khớp cầu dùng trong hệ thống lái có 2 dạng:

Khớp cầu bôi trơn thường xuyên và khớp cầu bôi trơn một lần Ngày nay khớp cầudùng cho xe con là loại không cần bảo dưỡng (bôi trơn một lần ) Khớp cầu dùng cho xe tải

là khớp cầu bôi trơn thường xuyên Khớp cầu bôi trơn 1 lần bao gồm các loại sau: loại cóbạc kim loại, loại bạc nhựa và loại bạc cao su.

Ở các hệ thống lái có đòn quay, các đòn phụ chỉ đảm nhận mối quan hệ dịchchuyển hình học, lực tác dụng nên khớp nhỏ do vậy dùng loại khớp cầu có bạc cao su Khớp cầu có bạc nhựa liền khối, có biến dạng rất nhỏ và chịu ma sát tốt, giáthành không cao loại này được sử dụng rộng rãi trên các xe con hiện nay

Khớp cầu có bạc kim loại chỉ dùng trên các xe thể thao vì yêu cầu độ bền cao

- Các đòn dẫn động lái: Thông thường các đòn dẫn động lái có hai dạng là dạng

có kích thước cố định (hình thang lái) và loại có thể thay đổi được chiều dài (đòn kéodọc) Hình dạng của các đòn tuỳ thuộc vào vị trí, kết cấu và khoảng không gian chophép khi dịch chuyển nhưng phần lớn các đòn có tiết diện tròn và rỗng Trên các đònkéo dọc (điều chỉnh độ chụm của bánh xe), thì hai đầu là khớp cầu, trên thân hai đầu

là ren ngược chiều nhau để khi điều chỉnh chỉ phải xoay đòn kéo Thân khớp cầu bắtvới các đòn qua các bề mặt, còn hãm bằng chốt chẻ

- Giảm chấn của hệ thống lái:

Để nâng cao chất lượng của xe, trên một số loại xe có dùng giảm chấntrong hệ thống lái Trong hệ thống lái có cường hoá thì cường hoá đóng vai trònhư một giảm chấn

Tác dụng của giảm chấn là dập tắt các dao động từ mặt đường lên vành tay lái,

ổn định vành lái khi đi trên đường xấu

5 Trợ lực lái

5.1 Tổng quan về trợ lực lái

Ta thấy lực cản quay vòng tỉ lệ thuận với trọng lượng xe phân lên cầu trước dẫnhướng, do vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vòng càng lớn Lực cảnquay vòng tăng tới một giới hạn nào đó thì người lái không điều khiển vô lăng đượcnữa Trong trường hợp đó cần có một bộ phận hỗ trợ cho người lái khi quay vòng xe.Người ta gọi bộ phận đó là trợ lực lái

Do trợ lực lái phải có nguồn năng lượng, các van điều khiển, bộ phận sinh lực,…đòi hỏi chế tạo có độ chính xác cao nên bộ phận trợ lực đắt tiền và chỉ được dùng trêncác xe tải lớn và rất lớn Tuy nhiên do sự tiến bộ của kỹ thuật, công nghệ làm hạ giáthành các chi tiết cộng với sự đòi hỏi ngày càng cao tính tiện nghi cho người lái chonên trợ lực lái ngày nay được áp dụng cả trên xe tải nhỏ và xe du lịch

7 8

1

2 3

5

6 4

Nguồn năng lượng cung cấp cho trợ lực lái có thể là chất lỏng áp suất cao, khínén, điện,…tương ứng sẽ có các loại trợ lực thủy điện, trợ lực khí nén, trợ lực điện,…

do đó ta có các loại trợ lực lái sau:

- Trợ lực thủy lực được dùng nhiều hơn cả vì kết cấu gọn, dễ bố trí

- Trợ lực khí nén về nguyên tắc giống trợ lực thủy lực, nhưng do áp suất khí nénnên kết cấu trợ lực khí nén cồng kềnh và do đó ít được sử dụng

- Trợ lực điện cũng gọn nhưng bộ phận sinh lực thường là động cơ điện nên đảochiều khó khăn do rô to có mô men quán tính nhất định Do vậy trợ lực điện cũng ítđược sử dụng

* Trợ lực lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Khi bộ phận trợ lực lái hỏng, hệ thống lái vẫn làm việc được Lúc này lực ngườilái cần sinh sinh ra để điều khiển vô lăng lớn hơn, tuy vậy người lái vẫn có thể đưa xe

về nơi sửa chữa được

- Phải đảm bảo cảm giác cho người lái khi lái xe:

+ Bộ cường hóa chỉ bắt đầu hoạt động khi lực tác dụng lên vô lăng đạt đượcmột giá trị nhất định ( khoảng 20N )

+ Lực trên vô lăng tỷ lệ thuận với lực cản quay vòng

Để lái thuận tiện trung bình lực trên vô lăng khoảng 40 – 70 N, cực đại khoảng 100 –

5 6

7 8

Sơ đồ 1 Cơ cấu lái, van phân phối và xi lanh lực được bố trí riêng rẽ

1 Nguồn cung cấp chất lỏng; 2 Xi lanh lực; 3 Cơ cấu lái;

4 Van phân phối; 5,6,7,8 Đường dầu

Sơ đồ 2 Cơ cấu lái và van phân phối được bố trí trên cùng một khối

Sơ đồ 3 Van phân phối và xi lanh lực được bố trí trên cùng một khối

Sơ đồ 4 Bố trí trợ lực lái cùng với đòn kéo ngang

Van phân phối được điều khiển bởi tín hiệu từ vô lăng tức theo góc quay và lựctác dụng lên vô lăng Cũng như các bộ trợ lực của các hệ thống lái khác, van phân phốiđảm bảo tính chép hình cho hệ thống, cụ thể là đảm bảo tỉ lệ thuận giữa lực điều khiểntrên vô lăng với áp suất chất lỏng đi đến xi lanh lực

Nguyên lý:

Khi quay vòng sang phải, van phân phối nối đường dầu 6 với đường dầu 8 vàđường dầu 5 với đường dầu 7 Chất lỏng từ bơm đi đến khoang dưới của xi lanh lựcđẩy piston đi lên, đẩy bánh dẫn hướng quay sang phải Dầu ở khoang trên xi lanh lực

sẽ theo đường 6 về đường 8 và hồi về bơm

Nguồn cung cấp trong đó chủ yếu là bơm thủy lực, được kéo bởi động cơ ô tô,cung cấp chất lỏng áp suất cao cho hệ thống, bộ phận sinh lực là một xi lanh lực, chấtlỏng dùng trong hệ thống là dầu thủy lực

5.2.1 Nguồn cung cấp

Nguồn cung cấp bao gồm bơm thủy lực, bình chứa dầu, các van an toàn, ắc quythủy lực Bơm thủy lực thường dùng là bơm cánh gạt, bơm bánh răng, áp suất chấtlỏng có thể đạt 0,4 – 0,6 MN/m2

- Nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt :

Bơm cánh gạt gồm các bộ phận sau: vòng cam, rô to, cánh và van điều khiển lưulượng Khi rô to quay trong vòng cam, vòng cam bắt chặt với vỏ bơm Trong rô to cócác rãnh các cánh gạt đặt trong các rãnh đó Vòng ngoài của rô to dạng hình tròn, mặt

trong của vòng cam là hình ôvan nên tạo khe hở giữa rôto và vòng cam Các rãnh gạtchia các khe hở này thành các buồng dẫn.

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cánh gạt

Các cánh gạt tỳ lên nhau trong vòng cam nhờ có lực ly tâm lẫn áp suất dầu tácdụng tác dụng lên cạnh trong của cánh nên làm kín rất tốt, do vậy khi bơm hoạt độngsinh ra dầu có áp suất cao mà không bị rò rỉ tại phần tiếp xúc giữa cánh gạt và vòngcam Thể tích tại buồng dầu tăng tại cửa hút nên dầu trong bình chứa được hút vàobuồng dầu từ cửa hút Thể tích buồng dầu giảm ở phía bơm do vậy dầu hút vào bị đẩy

ra ngoài theo cửa bơm Bơm có hai cửa hút và hai cửa bơm Vì vậy mỗi vòng quay củarôto thì dầu được hút và đẩy hai lần

5.2.2 Bộ phận sinh lực

Bộ phận sinh lực bao gồm xi lanh, pittông và cần pittông Có thể gọi bộ phận này

là xi lanh lực, nó là bộ phận biến đổi áp suất chất lỏng thành lực tác dụng vào dẫnđộng lái để làm quay bánh xe khi quay vòng Xi lanh lực có thể bố trí độc lập, có thể

bố trí chung với van phân phối, cũng có thể bố trí chung với van phân phối và cơ cấulái

5.2.3 Van phân phối

Van phân phối hay là van điều khiển, có nhiệm vụ điều khiển dòng chất lỏng điđến xi lanh lực phù hợp với trạng thái quay vòng (sang trái, sang phải, hoặc đi thẳng).Van phân phối có một yêu cầu quan trọng là đảm bảo tính chép hình cho hệ thống láinghĩa là góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng phải tương ứng với góc quay của vôlăng và lực trên vô lăng phải tương ứng với lực cản quay vòng

Van phân phối trên trợ lực lái thường có 2 loại: loại van trượt và loại van xoay

• Kiểu van xoay

Van điều khiển kiểu xoay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến buồngnào Trục van điều khiển (mômen từ vô lăng tác dụng lên ) và trục răng được nốivới nhau bằng một thanh xoắn Van xoay và trục răng được nối với nhau bằng mộtchốt và quay cùng nhau Nếu có áp suất dầu, thanh xoắn sẽ bị xoắn hết cỡ, trục vanđiều khiển và trục răng sẽ tiếp xúc với nhau ở vấu chặn nên mômen từ trục vanđiều khiển sẽ truyền thẳng đến trục răng

Hình 1.19 Van điều khiển kiểu xoay

Một sức cản trong mạch dầu được tạo ra bởi chuyển dộng quay của trụcvan điều khiển so với van quay Khi vô lăng quay sang phải, áp suất bị cản lại tại cửa

X và Y, khi quay sang trái, nó bị cản lại tại X' và Y'

1 2

4

8 9 10

11 12 13 3

Hình 1.20 Mạch điều khiển thuỷ lực của van xoay

Khi đánh lái, trục van điều khiển quay, làm trục răng quay nhờ thanh kéo.Ngược lại với trục răng, do lúc này thanh xoắn bị xoắn tỷ lệ với lực tác dụng từ mặtđường, trục van điều khiển chỉ quay theo lượng xoắn của thanh xoắn và di chuyểnsang phải hoặc sang trái so với van quay Vì vậy các khe X,Y ( hay X' và Y') được tạo

ra và gây ra sự khác nhau trong áp suất dầu giữa buồng xy lanh bên phải và bên trái.Như vậy, chuyển động quay của trục van điều khiển trực tiếp gây ra sự thay đổi củacác cửa và điều chỉnh áp suất dầu Dầu từ bơm vào vành ngoài của van quay và dầuhồi về bình qua khe hở giữa thanh xoắn và trục van điều khiển

• Kiểu van trượt:

Hình 1.21 Sơ đồ mạch điều khiển van trượt

1 Thùng chứa; 2 Bơm dầu; 3 Bánh xe dẫn hướng; 4 Vỏ van phân phối

5 Lò xo; 6 Đòn kéo dọc; 7 Xi lanh lực; 8,9 Đường dầu nối

Van phân phối được lắp trên đòn kéo dọc 6 Phía đòn quay đứng, đòn kéo dọcđược nối cứng với con trượt 11 (lõi van), phía còn lại nối cứng với vỏ van 4 Khi xechuyển động thẳng, con trượt nằm ở vị trí trung gian, chất lỏng từ bơm 2 đi vào vanphân phối và thoát ra đường hồi 10 đi về thùng chứa 1, hệ thống trợ lực không làmviệc.

Khi quay vòng, người lái quay vô lăng 13 (giả sử sang trái), qua cơ cấu lái 12đòn kéo dọc sẽ đẩy con trượt 11 lên trên, lúc này dầu áp suất cao từ bơm qua van đivào đường 8 và đến buồng trái của xi lanh lực 7 đẩy piston sang trái, đẩy bánh xe quaysang trái, thực hiện quay vòng trái Đường dầu 9 lúc này qua van được nối thông vớiđường 10, đưa dầu từ buồng trên bên phải xi lanh lực về thùng chứa 1 Ngược lại nếungười lái quay vô lăng sang phải, con trượt 11 bị kéo xuống, dầu áp suất cao đi từ bơmqua van đến đường dầu 9, đến buồng phải của xi lanh lực 7 và dầu từ đường 8 sẽ quavan phân phối về đường 10 và về thùng chứa 1 Lò xo phản ứng 5 có tác dụng đảmbảo khi lực tác dụng của người lái lên vô lăng đạt một giá trị nhất định, hệ thống trợlực mới làm việc, điều này đảm bảo cho người lái có “cảm giác lái” khi quay vô lăng

• Kiểu van cánh

Hình 1.22 Sơ đồ mạch điều khiển van cánh

Trục van điều khiển và trục răng được nối nhau thông qua thanh xoắn, các cánhvan được làm liền với thanh xoắn

Các van V1 và van V2 của cánh số một đóng vai trò như van điều khiển hướngchảy và lựa chọn dòng dầu: hoặc từ P-A-T hoặc từ P-B-T phụ thuộc vào sự dịchchuyển của vô lăng

Các van V3 và van V4 của cánh số hai đóng vai trò như van điều khiển áp suất tạiđiểm A và điểm B phụ thuộc vào lực đánh lái Ở vị trí chung gian tất cả các van

V1,V2,V3 và van V4 đều mở và do đó không có sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang A

và khoang B

Khi vô lăng quay sang trái V1 mở, V2 đóng, V3 mở một phần, V4 mở do vậy ápsuất tại A tăng lên và đẩy piston sang phải tạo sự trợ lực lái Tương tự khi xe quayvòng sang phải

5.2.4 Tính chép hình của hệ thống lái

Khi người lái đang quay vô lăng về 1 phía nào đó ( sang phải ), thì dừng lại contrượt 11 dừng lại theo, trong khi đó do đường dầu 9 vẫn đang nối thông với bơm vàdầu áp suất cao vẫn vào khoang bên phải của xi lanh lực 7, piston vẫn tiếp tục đượcđẩy sang trái đẩy bánh xe 3 quay sang phải, thông qua các đòn dẫn động thanh kéo dọc

6 sẽ đẩy vỏ van 4 đi xuống, đóng đường dầu từ bơm vào đường 9, giữ nguyên áp suấtdầu trong khoang bên trái của xi lanh lực, piston của xi lanh lực dừng lại và do đóbánh dẫn hướng cũng dừng lại cùng vô lăng

Khi bộ phận trợ lực hỏng đảm bảo hệ thống lái vẫn làm việc được, tuy nhiênlực trên vô lăng sẽ lớn, làm người lái rất vất vả

5.2.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái có trợ lực thủy lực

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹlực lái Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xi lanhlực Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston Vì vậynếu cần trợ lực lái lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu

• Vị trí trung gian

Bơm Khối van điều khiển

Piston

Xy lanh lực

Bơm Khối van

điều khiển

Piston

Xy lanh lực

Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm

Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là như nhau nên piston không chuyển động

áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển về bơm

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng

Khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng: B0 = 1510 (mm)

Chiều dài cơ sở của xe: L = 2650 (mm)

Chiều dài toàn bộ xe: L0= 4489 (mm)

Trọng lượng không tải: G0 = 21000 (N)

Trọng lượng toàn tải: G = 27600 (N)

Trọng lượng tác dụng lên cầu trước dẫn hướng: G1 = 13600 (N)

Trọng lượng tác dụng lên một bánh dẫn hướng: Gbx = 6800 (N)

Ký hiệu lốp: 215/70 R16

• Thông số hệ thống lái:

Chiều dài đòn bên hình thang lái: m = 180 (mm)

Khoảng cách giữa đòn ngang và trụ trước: y = 188 (mm)

Chiều dài thanh nối bên hình thang lái: p = 280 (mm)

1 2 3 4

5 6

chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp,

để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quayvòng là một điều khó thực hiện Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệđộng học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái Ở đây tachọn phương án dẫn động lái 6 khâu cho hệ thống treo độc lập

Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động lái

2.2 Chọn phương án cơ cấu lái

Hiện nay trên các xe chủ yếu sử dụng hai loại cơ cấu lái là cơ cấu lái loại trụcrăng - thanh răng và cơ cấu lái loại bi tuần hoàn

* Cơ cấu lái trục răng – thanh răng có những ưu điểm sau:

- Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụngnhư thanh 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 và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ

và dựa vào điều kiện làm việc của ôtô, ta chọn phương án cơ cấu lái là loại trục răngthanh răng

Hình 2.2 Sơ đồ chung của hệ thống lái thiết kế

1 Đòn quay ngang; 2 Khớp cầu; 3 Cơ cấu lái; 4 Thanh dẫn động;

5 Vành tay lái; 6 Trục lái

a

α

3 Thiết kế hệ thống lái

3.1 Tính mô men cản quay vòng

Mômen cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng được xác định ở trạng thái xequay vòng và chở đủ tải Mômen cản quay vòng được tính toán khi xuất hiện lực cảnlăn ở hai bánh xe ngược chiều nhau, có một lực bên Y, mô men ổn định của bánh xedẫn hướng Lúc đó mômen cản quay vòng trên một bánh xe dẫn hướng Mc sẽ bằngtổng số của mômen cản lăn M1, mômen ma sát giữa bánh xe và mặt đường M2 vàmômen ổn định M3 gây nên bởi các góc đặt của các bánh xe và trụ đứng

MC = M1+M2+M3 (2.1)

3.1.1 Mô men cản quay vòng M 1 gây nên do lực cản lăn

- M1 được tính theo công thức:

M1 = Gbx f.a (2.2)

Trong đó:

+ Gbx = 6800 (N)

+ a: cánh tay đòn của lực Pf quay xung quanh trụ đứng

Với xe thiết kế ta đo được a = 45 (mm) = 0,045 (m)

+ f: hệ số cản lăn xét cho trường hợp ô tô chạy trên đường nhựa và khô

f = 0,02

Hình 2.3 Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang

3.1.2 Mô men cản M 2 do ma sát giữa bánh xe và mặt đường

Giá trị mômen do Y gây lên M2 được tính cho một bánh xe, phản lực bên lùi saumột đoạn x Giá trị của x thừa nhận bằng 1/4 chiều dài của vết tiếp xúc và gây lênmômen quay cùng chiều M1:

16

215 25, 4 0, 4 2

Hình 2.4 Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng

+ Mômen ổn định M3 có giá trị nhỏ nên khi tính có thể dùng hệ số χ

Thay số vào (2.8) ta có: Mc = 1040 (N.m)

3.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái

3.2.1 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d

Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của cáccánh tay đòn: id = 0,85-1,1

Chọn sơ bộ: id =1 ( cho cầu dẫn hướng )

3.2.2 Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c

Ta có công thức: α’max = αmax.i (2.9)Trong đó :

+ α’max: gọi là vòng quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí đi thẳng.

Với xe thiết kế là xe du lịch ta chọn α’

max = 1,75 (vòng) + αmax: góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng ( 40o )

Ta có:

75,1540

360.75,1max

'

=α

α

i

Ta lấy sơ bộ tỷ số truyền của hệ thống lái i =16

Tính lại α’max,ta có: . max 16.40 640 1,78

+ Mc: là mô men cản quay vòng Mc=1040 (Nm)

+ Pmax là lực tác dụng lớn nhất lên vành tay lái

+ il: là tỷ số truyền của hệ thống lái

3.3 Chọn phương án cường hóa lái

Với thực tế và những vấn đề về cường hóa lái đã được giới thiệu ở phần trước,

ta chọn phương án thiết kế cường hóa như sau:

- Phương án cường hóa lái là cường hóa thủy lực

- Chọn bơm là bơm cánh gạt

- Phương án bố trí là sơ đồ 4: Bố trí trợ lực cùng với đòn kéo ngang

- Chọn van điều khiển là loại van xoay

Kết hợp với việc chọn phương án cơ cấu lái là trục răng – thanh răng, và dẫnđộng lái 6 khâu, ta có sơ đồ bố trí chung hệ thống lái thiết kế như sau:

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái thiết kế

* Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Khi quay vành lái đi một góc, lực từ vành lái truyền qua trục lái tới trục răngcủa cơ cấu lái Mô men này làm quay trục răng, tác dụng làm thanh răng di chuyểnsang trái hoặc phải, qua thanh dẫn động và đòn quay bên tác dụng làm cho bánh xexoay sang phải hoặc sang trái, thay đổi hướng chuyển động của ôtô Khi lực đặt vàovành tay lái đến một giá trị xác định ( được tính trước ), khi đó cường hóa lái bắt đầulàm việc và tác dụng lực làm quay các bánh xe dẫn hướng

L

B g

cot α − β =

(2.11)Trong đó:

+α : Là góc quay của bánh xe dẫn hướng ngoài

+β : Là góc quay của bánh xe dẫn hướng trong + L : Là chiều dài cơ sở của xe

+ Bo: Là khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng

A D

BC

Hình 2.7 Sơ đồ dẫn động lái khi xe đi thẳng

Từ sơ đồ dẫn động lái trên ta có thể tính được mối liên hệ giữa các thông sốtheo các biểu thức sau: X = B − 2 ( m cos θ + p cos γ ) (2.12)

Trong đó: sin γ = ( y − m sin θ ) / p (2.13)

2 2

2 1 ( sin )sin

Các đòn bên tạo với phương ngang một góc θ Khi ôtô quay vòng với các bánkính quay vòng khác nhau thì hình thang lái đantô không thỏa mãn hoàn toàn đượcquan hệ giữa α và β

như công thức trên

Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái cho sai lệch với quan hệ lýthuyết trong giới hạn cho phép, không vượt quá 1o

 Trường hợp khi xe quay vòng

Hình 2.8 Sơ đồ dẫn động khi xe quay vòng

Ta có các thông số như trên hình vẽ

Từ sơ đồ ta có mối quan hệ của các thông số như sau:

p (2.17)

Từ quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:

2 2 2

2 2

2 2 2 2

2

2

2

cos

y AD m

AD p

m y AB

AC

BC AB

AC

+

+

− +

=

− +

2 2

.

AD p

m y

+

+

− +

CD

y arctg

2 2

2 2

.

AD p

m y

+

+

− +

- θ (2.21)Trong đó:

]))sin(

.()

cos(

.[)]

)sin.(cos

3.4.2 Xây dựng đường đặc tính lý thuyết

Ta có mối quan hệ của các góc quay bánh xe dẫn hướng như sau:

Cho β các giá trị khác nhau tư 5 – 40, ta có các góc α tương ứng theo bảng:

Từ bảng giá trị thu được ta xây dựng được đồ thị quan hệ lý thuyết:

2 2

2 2

2m AD y

AD p

m y

+

+

−+

- θ (2.23)

Trong đó:

]))sin(

.()

cos(

.[)]

)sin.(cos

Theo các thông số lấy trên xe tham khảo ta có:

- θ = 76o: góc tạo bởi đòn bên hình thang lái và phương ngang

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

- y = 188(mm): khoảng cách giữa đòn ngang với trục trước trong hình thang lái

- p = 280(mm): chiều dài thanh nối bên hình thang lái

Cho lần lượt θ =74o,75o,76o,77o,78o ta có được bảng số liệu sau:

Trong đó: ∆α1i =αli−α10