Đồ án hệ thống lái trên toyota

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau: - Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người láitác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.. - Dẫn động lái: dùng để tr

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế, đó là sự thay da đổi thịt của quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và sự hội nhập của các ngành công nghiệp, và ngành công nghiệp Ô tô ngày càng được chú trọng phát triển Thể hiện bởi các liên doanh lắp ráp Ô tô của nước ta với nước ngoài ngày càng phát triển rộng trên rất nhiều vùng miền của đất nước như: FORD, TOYOTA, NISSAN, DEAWOO, 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 lắp ráp, sản xuất cũng như sử dụng bảo dưỡng trên xe Ô tô Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của Ô tô là hệ thống lái Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của Ô tô, nó đảm bảo cho tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của Ô tô, đặc biệt đối với xe có tốc

độ cao Do đó người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó Để tìm hiểu sâu hơn về hệ thống lái trên ô tô và đặc biệt là hệ thống lái trợ lực thủy lực, em đã được giao đề tài: “ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC THỦY LỰC XE DU LỊCH TOYOTA (CRESSIDA)”

Với sự cố gắng tìm hiểu và sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình thầy …… em đã hoàn thành được đồ án này Do kiến thức còn hạn chế, trong quá trình làm đồ án còn nhiều thiếu xót Kính mong các thầy giáo trong khoa tham gia góp ý để đồ

án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI

1 Tổng quan về hệ thống lái

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống lái trên ô tô

Hệ thống lái của một chiếc xe ô tô là một trong những thiết bị quan trọng được cái nhà thiết kế chú ý rất nhiều để làm cho chúng ngày càng hoàn hảo hơn về hình dáng, kích thước cũng như tính năng điều khiển của chúng Khi một chiếc xe ô tô, những người mua đã đặt ra rất nhiều câu hỏinhư: vải bọc ghế, nội thất của xe hay thành phần màu sơn của xe…với người bán hàng Và trong số những câu hỏi đó, có một phần trăm rất nhỏ người hỏi về hệ thống lái của chiếc xe đó

Tôi chắc chắn rằng chưa một ai nghe đã từng nghe về một chiếc xe không có vô lăng phải không? Một số người thì nghĩ rằng hệ thống lái của ô

tô và ô tô ra đời cùng một thời gian và hệ thống lái mà các nhà thiết kế đưa

ra khi đó là hoàn hảo, và không cần phải có những thiết kế mới nữa Điều này là không hoàn toàn đúng, hệ thống lái và ô tô không ra đời cùng một thời gian nhưng nó đã ra đời ngay sau đó

Đầu thế kỉ XIX, các nhà phát mình đã có ý tưởng về một chiếc ô tô, và một thợ máy đã điều khiển nó giống như điều khiển một chiếc thuyền Tất cả những điều trên cho ta thấy các nhà sáng chế ô tô đã lấy ý tưởng

từ việc điều khiển những chiếc thuyền để chế tạo hệ thống lái cho ô tô Tuy nhiên đến năm 1894, việc sử dụng hệ thống lái trên ô tô giống như

hệ thống lái của những chiếc thuyền ngày càng trở nên không còn hiệu quả nữa Cũng lấy cảm hứng từ ngành công nghiệp hàng hải các nhà thiết kế đã bắt đầu thay thế hệ thống lái cũ trên ô tô Chúng đơn giản, nhỏ gọn và hiệu

quả hơn hệ thống lái trước kia Hệ thống lái mới này lần đầu tiên được sử dụng tai cuộc đua “ Paris-Rouen” Khi hệ thống lái Panhard được phát triển bởi Alfred Vancheron lần đầu tiên đã ghi nhận việc sử dụng một vô lăng để điều khiển xe Và nó đã trở nên phổ biến vào năm 1989 Tất cả các xe Panhard Et Levanssor được trang bị hệ thống lái này như một thiết bị tiêu chuẩn Nó đã nhanh chóng được nhân rộng ra trên toàn thế giới Tại Anh, Charles Stewart Rolls đã mua một hệ thống lái Panhard từ Pháp và đưa hệ thống lái này vào các thiết kế của ông Đến năm 1899, cơn sốt hệ thống lái này lan tới Mỹ.

Trong nhiều thập niên sau đó hệ thống lái vẫn không có nhiều thay đổi Và những nỗ lực để giới thiệu một hệ thống lái mới hoàn hảo hơn cho ô tô đã được thực hiện Năm 1876, G.W.Fitts đã được cấp bằng sáng chế cho hệ thống lái điện Năm 1902, Frederich W.Lanchester đã được cấp bằng sáng chế cho hệ thống lái điện-thủy lực tại Anh Tuy nhiên không một ai trong số

họ đưa các thiết kế trên vào sản xuất Năm 1920, từ các thí nghiệm về hệ thống lái trợ lực trước đây, Francis W.Davis-kỹ sư hàng đầu của công ty ô

tô Pierce Arrow đã cố gắng để làm cho việc điều khiển các bánh xe dẫn hướng dễ dàng hơn, và ông đã cho ra đời một hệ thống lái trợ lực lắp vào một chiếc xe hơi Giữa năm 1931 đến năm 1934, Davis đã được cấp bằng sáng chế cho hệ thống lái trợ lực của mình Phát mình này của Davis đã được GM chú ý đến, họ đã kí hợp đồng với ông để đưa ra một thiết kế phù hợp cho mẫu xe Cadillac Năm 1936, tổng công ty Bendix đã hợp tác với Davis để sản xuất và giới thiệu hệ thống lái này, đến năm 1939, 10 sản phẩm thiết kế về hệ thống lái của Davis đã được sản xuất, GM đã mua hai

hệ thống trong số đó để lắp vào dòng xe Buicks

Năm 1953, hơn một triệu chiếc xe sử dụng hệ thống lái có trợ lực được sản xuất Đến năm 1956, cứ bốn chiếc xe chạy ngoài đường thì có một chiếc xe sử dụng hệ thống lái có trợ lực.

1.2 Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.2.1 Công dụng

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

Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:

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

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

- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa Nó dùng

để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài Trên các xe cỡ nhỏ thường ít dùng

1.2.2 Phân loại

- Theo bố trí vô lăng:

+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động)+ Vô lăng bố trí bên phải

- Theo kết cấu và cơ cấu lái:

+ Trục vít - Cung răng + Trục vít - Chốt quay + Trục vít - Con lăn;

+ Bánh răng - Thanh răng + Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng)

-Theo số lượng bánh xe chuyển hướng:

+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu + Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu

- Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái:

+ Cường hoá thuỷ lực + Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không) + Cường hoá điện

+ Cường hoá cơ khí Ngoài ra còn có thể phân loại theo số lượng bánh xe dẫn hướng, theo

bố trí cường lái hóa

và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực)

+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều

kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động

- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe

- Giảm thiểu các va đập từ mặt đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên

vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

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

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

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

1.3 Một số sơ đồ hệ thống lái:

1.3.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc:

Với hệ thống treo phụ thuộc, cả hai bánh xe được đỡ bằng một hộp cầu xehoặc dầm cầu xe, vì thế cả hai bánh xe sẽ cùng dao động với nhau khi gặpchướng ngại vật

Trên hình 1.1 Trình bày sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc:

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc

1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- cơ cấu lái; 4- Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đònquay đứng; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay ngang; 8- Cam quay; 9- Cạnh bên củahình thang lái; 10- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối ; 13- Xilanh lực

Hệ thống treo phụ thuộc 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 đivào 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

+ Vì có khối lượng không được treo lớn nên tính êm dịu của xe khi sử dụng hệthống treo phụ thuộc kém

+ Do chuyển động của bánh xe bên trái và bên phải có ảnh hưởng lẫn nhau nên

dễ xuất hiện dao động và rung động

1.3.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập:

Sơ đồ hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lái 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 quayđứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo; 7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc ; 9- Bánhxe

Hệ thống treo độc lập có những đặc tính sau:

- Khối lượng các phần khong được treo nhỏ, đặc tính bám đường của xe tốt,

vì vậy độ êm dịu của xe khi chuyển động tốt, tính ổn định cao

- Các lò xo trong hệ thống treo độc lập chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân xe màkhông có tác dụng đinh vị các bánh xe do đó có thể dùng lò xo mềm hơn

- Do không có sự nối cứng giữa các bánh xe phía trái và phía phải nên cóthể hạ thấp sàn xe và vị trí lắp động cơ, do đó có thể hạ thấp trọng tâm của xe

- Kết cấu của hệ thống treo phức tạp hơn

1.3.3 Sơ đồ hệ thống lái hai cầu dẫn hướng:

Sơ đồ hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đỒ hỆ thỐng lái hai cẦu dẪn hưỚng

1 - Vô lăng; 2 - Trục lái; 3 - cơ cấu lái; 4 - Trục ra của cơ cấu lái; 5 - Đònnghiêng bên; 6- Thanh kéo trung gian; 7 - Thanh kéo ngang.

1.4 Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái

1.4.1 Vô lăng:

Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa,dùng để tạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái Cácnan hoa có thể bố trí đối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sựthuận tiện khi lái

Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275

mm (đối với xe tải và xe khách cở lớn )

1.4.2 Trục lái:

Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men

từ vô lăng xuống cơ cấu lái Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định gócnghiêng của vô lăng, nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khiđiều khiển

1.4.3 Cơ cấu lái:

Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) Tỷ số truyền của

cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng 21 đến 25 đối với

xe tải

 Các yêu cầu của cơ cấu lái:

- Có thể quay được cả hai chiều đển đảm bảo chuyển động cần thiết của xe

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

- Đảm bảo thay đổi trị số tỷ số truyền khi cần thiết.

- Đơn giản trong việc điều chỉnh khe 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

1.4.3.1 Các thông số cơ bản đánh giá cơ cấu lái:

Tỷ số truyền động học i được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo chogóc quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trunggian đến các vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớnhơn 3 vòng đối với ô tô tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao vàthuận tiện điều khiển khi xe quay vòng.

Giá trị của i phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13-22đối với ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp cóthể tới 40

Tỷ số truyền động học i có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theogóc quay của vô lăng Cơ cấu lái có i thay đổi thường được dùng trong hệ thốnglái không có cường hoá Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệkém hơn nên đắt hơn so với loại cơ cấu lái có i không đổi

Qui luật thay đổ i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ

và tính năng của xe Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i có dạngnhư trên hình 2-3 đường 4 là hợp lý nhất

Trong phạm vi góc quay > 900 - 1200 tỷ số iω cần giảm để tăng tốc độquay vòng, tăng tính cơ động của xe

Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi iω

được làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyênthì lực cần tác dụng nhỏ

Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1 Khi đó,trong thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy,còn khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng

Đối với các xe có cường hoá lái: thì i được làm không đổi (đường 3) vìlúc này vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết

Mr- Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng).

Mv- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng)

Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực

từ trên trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt:

- Hiệu suất thuận th: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục láixuống các bánh xe dẫn hướng

- Hiệu suất nghịch ng: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánhxe

dẫn hướng lên vô lăng

Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹlực điều khiển Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đậptruyền từ hệ thống chuyển động lên vô lăng Tuy vậy hiệu suất nghịch không đượcquá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn hướng sẽ không

tự trở về được vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và người lái bịmất cảm giác đường

Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đinhiều Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đậptruyền từ bánh xe lên vô lăng

d Khe hở trong cơ cấu lái

Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứngvới chuyển động thẳng của xe Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơcấu lái làm việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tăng nhanh hơn ởcác vị trí khác Do vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị tríbiên, khe hở ở các vị trí này được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu vàcông nghệ Trong quá trình sử dụng, chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần

Hình 1.5: Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái

1- cơ cấu lái còn mới; 2- cơ cấu lái đả sử dụng

3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian

1.4.4 Dẫn động lái

Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến cácbánh xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng

Dẫn động lái phải đảm bảo các yêu chức năng sau:

- Nhận chuyển động từ cơ cấu lái đến 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 dẫn hướng

- Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước , đòn kéo ngang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh xe dẫn hướng cũng sẽ quay đi một góc nhất định Hình thang lái có thê

bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí chung

1.4.4.1 Hình thang lái

Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái Hình thang lái có nhiệm vụđảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng Mục đích làmcho các bánh xe khỏi trượt lê khi quay vòng, dẫn đến giảm sự mài mòn lốp, giảmtổn hao công suất và tăng tính ổn định

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau Đòn ngang có thể cắt rờihay liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc Nhưng dù trường hợpnào thì kết cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phậnhướng của hệ thống treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnhhưởng đến động học của dẫn động, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướngquanh trục quay

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờviệc chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫnđộng nhờ sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở

Hình 1.6: Sơ đồ hình thang lái

1.4.4.2 Hình học láiHình học lái là thuật ngữ biểu đạt mối quan hệ hình học trong hệ thốngmặt đường- bánh xe - các bộ phận của hệ thống lái- các bộ phận của hệ thốngtreo

a Góc doãngGóc doãng: là góc tạo bởi mặt phẳng quay bánh xe và mặt phẳng thẳngđứng, chiều dương ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ đầu xe.

Hình 1.7 Góc doãng

- Tác dụng của góc doãng dương:

+ Giảm tải trọng thẳng đứng :Nếu góc doãng bằng không tải trọng tácdụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F’ trên hình 2-14

b ) Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong Việc đặt góc doãng dương sẽ làm tảitác dụng vào phía trong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và camquay

+ Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Phản lực F (trên hình 2-14 a) có độ lớn bằngtải trọng xe, tác dụng lên bánh xe theo phương vuông góc với mặt đường F đượcphân tích thành F1 vuông góc với đường tâm trục và F2 song song với đường tâmtrục Lực F2 đẩy bánh xe vào trong ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục Vì vậy ổ bitrong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này

+ Ngăn cản góc doãng âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra: khi chất đầy tảilên xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của

chi tiết của hệ thống treo và các bạc tương ứng Góc doãng dương giúp chống lạihiện tượng này.

+ Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng với khoảng lệch là bán kính Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra mômen lớn quanh trục quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái Do

đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái

a b

Hình 1.8.Tác dụng của góc doãng dương

- Tác dụng của góc doãng âm:

+ Ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới tácdụng của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trụctrước và hệ thống treo trước

+ Tạo nên thành phần chiều trục từ trọng lực xe và giữ cho bánh xe trêntrục của cam quay

+ Giảm cánh tay đòn của phản lực tiếp tuyến đối với trục trụ đứng, để làmgiảm tải trọng tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái

+ khi bánh xe bị đặt nghiêng, nó có xu hướng lăn theo một cung tròn vớitâm quay là giao điểm của đường tâm bánh xe và mặt đường.điều này dẫn đến làmnảy sinh ở vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường phản lực bên hướng về phíanghiêng của bánh xe Như vậy, lực cản lăn đối với bánh xe nghiêng và độ mài mònlốp sẽ tăng lên.

+ Góc doãng cũng có thể bằng không Lý do chính để đặt góc doãng bằngkhông là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp Cả góc doãng dương hay âm đềulàm mòn lốp nhanh Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tậptrung một bên lốp

+ Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, lốp có xuhướng lún xuống Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biếndạng lúc đó tính đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tácdụng lên mặt đường theo hướng A Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi làlực camber Lực camber tăng cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũngnhư khi tăng tải

Hình 1.9: Tác dụng của góc doãng âm

b Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng:

Hình 1.10: Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng

Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phíasau của trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường Nếu đầu trên trục xoaynghiêng ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương Nếu đầu trên trục xoaynghiêng ra phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm

Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng là làm tăng hiệu quả trở về

vị trí chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng

c Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:

Là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn từđầu xe

+ Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:

- Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mômen cảnquay vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc củabánh xe với mặt đường

- Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng

- Khi ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòngcàng nhỏ), lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhậnđược mức độ quay vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyểnđộng thẳng càng lớn

Hình 1.11: Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng

d Độ chụm đầu:

Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khinhìn từ trên xuống thì gọi là độ chụm đầu (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở) Độchụm được xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu nút sau (B)

và trước (A) của vành bánh xe nằm ở chiều cao tâm bánh xe

- Tác dụng của độ chụm đầu:

+ Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác động của lực cản lăn khixuất hiện những khe hở và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động lái + Làm giảm ứng suất trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cho góc doãng của bánh xe dẫn hướng gây nên

Hình 1.12: Độ chụm của bánh xe dẫn hướng

1.5 Cường lái hóa:

1.5.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.5.1.1 Công dụng:

Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hiện đạithường có trang bị cường hoá lái để:

+ Giảm nhẹ lao động cho người lái

+ Tăng an toàn cho chuyển động

Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá láiđảm bảo cho người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bịlao sang một bên

Sử dụng cường hoá lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụngcường hoá để quay vòng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khốilượng công việc bảo dưỡng

1.5.1.2 Yêu cầu:

Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:

- Khi cường hoá lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường cho dùlái nặng hơn

- Thời gian chậm tác dụng nhỏ

-Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng

- Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũngtăng theo, tuy vậy không được vượt quá 100  150 N

- Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rungxóc

1.5.1.3 Phân loại:

Theo nguồn năng lượng:

- Cường hoá thuỷ lực

- Cường hoá khí (khí nén hoặc chân không)

- Cường hoá điện

- Cường hoá cơ khí

Cường hoá thuỷ lực được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làmviệc khá tin cậy

Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng:

- Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành mộtcụm

- Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung

-Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng

- Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung.1.5.2 Các thông số đánh giá

- Chỉ số hiệu dụng trợ lực:

Khq =

h l

l c

l

p p

p p

p



 Trong đó :

Pl - lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;

Pc- lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điềukiện quay vòng như trên;

Ph- Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái

- Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:

 =

cq

c dM

dP

Trong đó:

dPc - số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;

dMc - moomen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng

Trong bộ trợ lực hiện nay  = 0,02- 0,05 [N/Nm].N/Nm]

- Độ nhạy: độ nhạy của cường hoá lái đặc trưng bằng lực tác dụng lên vôlăng

1.5.3 Các sơ đồ bố trí

Bất kỳ cường hoá lái nào cũng có ba bộ phận sau:

- Nguồn lăng lượng: bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy

- Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấpcho bộ phận chấp hành Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩnhướng

- Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn độnglái

Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau:

- Cơ cấu lái, bộ phạn phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụmnhư trên hình 1.13.

-Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung nhưtrên hình 1.14

- Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng như trên hình 1.15.-Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung nhưtrên hình 1.16

Hình 1.13 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một

cụm

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực

Hình 1.14 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xilanh lực

Hình 1.15 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng

1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xi lanh lực

Hình 1.16 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí chung

1 - cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - cơ cấu lái

Ưu nhược điểm của từng sơ đồ:

1.6 Các cơ cấu lái thông dụng

1.6.1 Loại trục vít – cung răng

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững Tuy vậy cónhược điểm là hiệu suất thấp th= 0,5-0,7; ng=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ănkhớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít(hình 1.17) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 1.18) Cung răng đặt bên có ưu điểm

là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịchchuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức

độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng Cơ cấu lái loại này thíchhợp cho các xe tải cỡ lớn Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm) Khitrục vít có dạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc

và mài mòn Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cầntăng chiều dài của trục vít.

Hình 1.17 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa

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

Sự thay đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở củacung răng có bán kính khác nhau.

1.6.2 Loại trục vít – con lăn

7 8

Hình 1.19 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành

1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh;5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn

Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 1.19) được sử dụng rộng rãi trên cácloại ô tô do có ưu điểm:

+ Kết cấu gọn nhẹ;

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

+ Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82;

+ Hiệu suất ngịch: ηng = 0,6;

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

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trílệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm Khi dịch chuyển con lăndọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi Do đó khe

hở ăn khớp cũng thay đổi

Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiệnbằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chiacủa trục vít O1 một lượng x =2,5-5 mm

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

0

0 0 1

0 1

2 2

R

R i R

R tZ

R tZ

t- Bước của mối răng trục vít;

Zt- Số đường ren trục vít;

Rk- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách

từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng);

R0- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;

iω0- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít

Theo công thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít Tuy vậy sựthay đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên) Nên có thểcoi như iω = const

1.6.3 Trục vít – chốt quay

Trên hình 1.20 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay

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

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

i =2t R .cos

trong đó :  - Góc quay của đòn quay đứng

R - Bán kính đòn đặt chốt

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

Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trêncác ôtô tải và khách Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiệnnay ít sử dụng

Hình 1.20 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay

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

3

1 2

1.6.4 Bánh răng - thanh răng

Trên hình 1.21 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

Hình 1.21 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1- Lỗ ren; 2- Bánh răng; 3- Thanh răng; 4- Bulông hãm; 5- Đai ốc điềuchỉnh khe hở bánh răng thanh răng; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng thanh răng

Cơ cấu này bánh răng có thể dùng răng thẳng hay răng nghiêng Thanh răngtrượt trong các ống dẩn hướng Để đảm bảo ăn khớp không có khe hở, bánh răngđược ép đến thanh răng bằng lò xo

- Ưu điểm:

+ Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao Vì vậy được sử dụngrộng rãi trên các xe đua, du lịch, thể thao

+ Hiệu suất cao

+ Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo

- Nhược điểm:

+ Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ).

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

+Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng

1.6.5 Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

Trên hình 1.22 là kết cấu cơ cấu lái loại trục vít - êcu bi - thanh răng cungrăng Êcu (5) lắp lên trục vít (6) qua các viên bi nằm theo rãnh ren của trục vítcho phép thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn Phần dưới của êcu bi có cắt cácrăng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (4)

Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và được xác địnhtheo công thức :

B-B 21

10 11 12

B B

Hình 1.22 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

1– Đai ốc hãm đòn quay đứng; 2– Trục tròn quay đứng; 3– Vòng chặn dầu; 4, 6- Ổ

bi kim; 5– Vỏ cơ cấu lái; 7– Tấm đệm; 8- Đai ốc điều chỉnh; 9– Vít điều chỉnh ănkhớp; 10– Đai ốc hãm; 11– Vòng làm kín; 12– Mặt bích bên cơ cấu lái; 13– Đai ốc

tháo dầu; 14– Vòng làm kín; 15– Chốt định vị; 16– Tấm chặn; 17– Đai ốc điềuchỉnh độ rơ của ổ bi; 18– Nắp dưới cơ cấu lái;19- Ổ đỡ chặn; 20– Êcu; 21– Ống dẫnhướng bi; 22– Bi; 23– Vít đậy lỗ rót dầu; 24- Ổ đỡ chặn; 25– Vòng chặn dầu; 26–

Then bán nguyệt; 27– Cung răng.

2 Xu hướng phát triển của hệ thống lái trên ô tô

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong tất cả các lĩnh vực củacuộc sống thì ngành công nghiệp ô tô cũng có những bước phát triển vượt bậc.Các hệ thống trên ô tô ngày càng hiện đại hơn Hệ thống lái trên ô tô ngày càngđược cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày một cao hơn của con người

Hiện nay những chiếc xe không người lái đã và đang được thử nghiệm vậnhành như dự án xe không người lái được phát triển bời google, và trong mộttương lai không xa chúng sẽ dần thay thế cho những chiếc xe mà con người phảiđiều khiển Khi đó con người có thể vừa lái xe vừa làm những công việc khác

mà vẫn đảm bảo sự an toàn

CHƯƠNG II:

KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA CRESSIDA

1 Lịch sử phát triển của dòng xe TOYOTA CRESSIDA

Hình 2.1 XE TOYOTA CRESSIDA

Trước dòng Camry, Toyota xây dựng những chiếc xe sang trọng như:Mark II, Cressida, Chaser và Cresta, về cơ bản cùng một chiếc xe nhưng với têngọi khác nhau Để cạnh tranh với các dòng xe sedan của Mercedes, Volvo,toyota đã đưa dòng xe Cressida ra thị trường vào năm 1973 cho thị trường trongnước, và chỉ bán ra nước ngoài từ năm 1977 Dòng xe Cressida ngừng sản xuấtvào năm 1992

Dòng xe CRESSIDA cho thị trường Mỹ sử dụng động cơ 4 xilanh và một

số thị trường khác thì sử dụng động cơ 6 xilanh Đến năm 1981, CRESIDA đã có

cả phiên bản coupe, sedan Năm 1981, CRESSIDA đã được trang bị một động cơvới công suất lên đến 116 mã lực và sử dụng phun nhiên liệu, đến năm 1983công suất đã là 143 mã lực và 156 mã lực vào năm 1984, đến năm 1988 côngsuất động cơ của nó đã là 161 mã lực Năm 1983, các xe Cressida đã được trang

bị một hệ thống treo độc lập phía trước và phanh đĩa phía trước, cùng với đó lànâng cấp động cơ sử dụng cam kép, để cạnh tranh tốt hơn với các hãng AudiBMW… Được thiết kế lại năm 1989, CRESIDA đã có nhưng thay đổi nhỏ: trọnglượng 200 pound, động cơ được thay thế bởi một động cơ 3 lít mới với bốnxupap mỗi xi-lanh và công suất tăng đáng kể 190 mã lực Sau năm 1992,Cressida tiếp tục được sản xuất ở Nhật Bản, nhưng đổi tên thành Mark X vàonăm 2004

2 Các thông số kỹ thuật của xe TOYOTA CRESSIDA

Số xilanh 4

Công suất tối đa/tại số vòng quay 107/4800 Hp/vòng

Mô men xoắn cực đại/số vòng

3 Một số hệ thống trên xe TOYOTA CRESSIDA

Công suất tối đa 107 mã lực

Mô men xoắn lớn nhất 186 Nm

Sắp xếp xilanh Thẳng hàng

Hệ thống làm mát động cơ Làm mát bằng nướcĐường kính xilanh 92 mm

Hành trình piston 89 mm

Động cơ sử dụng trên TOYOTA CRESSIDA là loại động cơ đặt dọc dungtích xilanh 2,4 lít với 4 xilanh thẳng hàng, sử dụng cam đơn 8 van SOHC Đối với loại động cơ sử dụng hệ thống cam đơn thì các chi tiết trong hệthống phân phối khí ít phức tạp hơn, do đó nó hoạt động ổn định hơn Tuy nhiên,

ở chế độ toàn tải, số vòng quay động cơ lớn thì nó lại không đáp ứng nhanh bằngloại động cơ sử dụng cam kép

3.2 Hệ thống truyền lực

TOYOTA CRESSIDA sử dụng hộp số sàn cùng với hệ thống dẫn độngcầu sau đặc trưng

Với hệ thống dẫn động cầu sau nó giúp xe tăng tốc tốt hơn Hai bánhtrước được giải thoát khỏi nhiệm vụ dẫn động và chỉ tập trung vào việc dẫnhướng (bánh lái) Đồng thời nó tạo điều kiện hạ thấp trọng tâm gầm xe.