CHƯƠNG 1. Lý do chọn đề tài Cùng với sự phát triển của xã hội ngày nay, đời sống người dân ngày càng được nâng cao đã thúc đẩy khoa học kỹ thuật và công nghệ phát triển mạnh mẽ trên khắp các lĩnh vực. Phương tiện đi lại là một lĩnh vực không thể thiếu trong đời sống và có thể nói ô tô là một trong những phương tiện di chuyển phổ biến nhất. Chính vì lẽ đó mà ngành công nghệ và kỹ thuật ô tô đang được chú trọng phát triển về nhiều phương diện khác nhau như về mặt động cơ, về hệ thống điện, và hệ thống khung gầm cũng đang được quan tâm.
Các hệ thống thuộc về khung gầm như treo, lái, phanh là những hệ thống quan trọng không thể thiếu và đang được các hãng cải tiến mạnh mẽ từng ngày. Với cơ sở hạ tầng giao thông ở nước ta việc nghiên cứu cải tiến những hệ thống này càng được quan tâm với nhu cầu chủ yếu đảm bảo vận hành êm ái, sự điều khiển chính xác và sự phấn khích khi lái xe đồng thời phải đảm bảo về mặt an toàn khi sử dụng. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trường dẫn đầu cả nước trong lĩnh vực đào tạo về các ngành kỹ thuật nói chung và ngành ô tô nói riêng. Với mục đích nghiên cứu phục vụ cho việc đào tạo của nhà trường cũng như tầm quan trọng của hệ thống treo, lái, phanh trên ô tô, nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thi công cải tiến mô hình hệ thống treo – lái – phanh phục vụ giảng dạy” để tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện làm đồ án tốt nghiệp.
Đề tài này không chỉ giúp cho nhóm củng cố và vận dụng những kiến thức đã tích lũy trong quá trình học tập, mà thông qua đó còn có cơ hội nghiên cứu chuyên sâu, rèn luyện những kỹ năng qua việc phục dựng mô hình. Tính cấp thiết của đề tài Các hệ thống treo, lái, phanh là những hệ thống cực kì quan trọng và không thể thiếu trên ô tô. Hệ thống treo nối thân xe với các bánh xe, giúp cho xe vận hành êm ái bằng cách hấp thụ và dập tắt dao động tác dụng lên xe do mặt đường không bằng phẳng, hệ thống lái giúp điều khiển hướng chuyển động của xe, hệ thống phanh giúp cho xe giảm tốc an toàn cũng như hỗ trợ trong việc dừng, đỗ xe. Với những chức năng trên, các hệ thống này phải đảm bảo hoạt động tốt trong suốt quá trình xe chuyển động với các điều kiện khác nhau từ mặt đường đẹp đến mặt đường xấu, 1 từ tốc độ thấp đến tốc độ cao,…Và những hệ thống này phải đảm bảo được sự an toàn khi hoạt động.
Chính vì những lý do trên, các hệ thống treo, lái, phanh trên ô tô nói riêng và trên các phương tiện khác nói chung luôn được quan tâm nghiên cứu và phát triển, nâng cao khả năng hoạt động, tuổi thọ của những chi tiết cũng như tăng tính ổn định, an toàn khi hoạt động. Nhà trường và khoa cũng đã không ngừng nâng cao chất lượng giảng dạy và chú trọng quan tâm đến cơ sở vật chất phục vụ cho việc đào tạo. Nhóm cũng hy vọng rằng sau khi hoàn thành đồ án, mô hình của nhóm sẽ đóng góp một phần nhỏ phục vụ cho việc giảng dạy của quý thầy cô. Mục tiêu nghiên cứu Nắm được những kiến thức về cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của các hệ thống treo, lái, phanh.
Hoàn thiện việc sửa chữa và sơn phủ lại toàn bộ những chi tiết, bộ phận của mô hình. Có sự cải tiến, thêm vào mô hình một số tính năng mới. Đảm bảo mô hình sau khi hoàn thiện sẽ vận hành ổn định, đầy đủ tính năng. Đóng góp mô hình vào việc giảng dạy của nhà trường.
Hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Nhiệm vụ của đề tài Tìm hiểu, nghiên cứu tổng quan về hệ thống treo độc lập, hệ thống lái trợ lực thủy lực và hệ thống phanh thủy lực trên mô hình. Sửa chữa và phục dựng mô hình hệ thống treo – lái – phanh. Hoàn thành việc sửa chữa và vận hành mô hình.
Nghiên cứu và cải tiến một số tính năng mới cho mô hình. Nghiên cứu các bài học có thể thực hiện trực tiếp trên mô hình. Biên soạn bài thuyết minh một cách rõ ràng, chi tiết. Phương pháp nghiên cứu Tham khảo ý kiến trực tiếp từ giảng viên hướng dẫn.
Dựa vào những nguồn tài liệu như giáo trình dạy học, tài liệu đào tạo của hãng, tài liệu internet để nghiên cứu về lý thuyết. 2 Thực hiện sửa chữa mô hình và xử lý những vấn đề phát sinh, đồng thời củng cố kiến thức từ những việc này. Chạy thử nghiệm mô hình và tìm ra hướng cải tiến. Phạm vi của đề tài Về lý thuyết: Tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết về hệ thống treo độc lập, hệ thống lái trợ lực thủy lực và hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không.
Về thực nghiệm: Tập trung vào việc sửa chữa, cải tiến và hoàn thiện mô hình. Hệ thống lái trợ lực thủy lực 2. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực thủy lực Vai trò của hệ thống lái trên ô tô Hệ thống lái trên ô tô đóng vai trò là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Hệ thống này cho phép người lái thay đổi hướng chuyển động của ô tô thông qua việc quay các bánh xe dẫn hướng cũng như duy trì hướng chuyển động thẳng hoặc chuyển động cong của ô tô khi cần thiết.
Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện nay đều sử dụng loại lốp rộng bản, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường, do đó cần một lực lái lớn để điều khiển bánh xe dẫn hướng. Lực lái này có thể giảm bằng cách tăng tỉ số truyền của cơ cấu lái. Tuy nhiên việc tăng tỉ số truyền cơ cấu lái lại đòi hỏi tăng số vòng quay vô lăng, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc quay vòng hẹp, ngoặt gấp. Do đó, để hệ thống lái vẫn nhanh nhạy trong khi vẫn chỉ cần lực lái nhỏ thì cần có thiết bị trợ lực cho hệ thống lái.
Hệ thống lái trợ lực thủy lực là một phiên bản cải tiến của hệ thống lái thuần cơ khí sử dụng thiết bị trợ lực bằng thủy lực (dầu trợ lực lái) nhằm hỗ trợ người điều khiển đánh lái nhẹ nhàng hơn trong quá trình điều khiển, tạo cảm giác thoải mái khi lái xe. Hệ thống này giúp giảm sức nặng quay vô lăng khi xe chạy ở tốc độ thấp, giúp người lái dễ dàng trong việc quay đầu hay điều khiển xe trong không gian hẹp có nhiều chướng ngại vật. Tùy theo thiết kế và chế độ hoạt động của xe, năng lượng hỗ trợ của bộ trợ lực tạo ra có thể lên đến 80% năng lượng cần thiết cho việc đánh lái. Việc trang bị hệ thống lái trợ lực giúp người lái ít tổn hao năng lượng khi quay vòng xe và giảm được những va đập từ bánh xe lên vô lăng đồng thời nâng cao được tính năng an toàn trong trường hợp bánh xe gặp sự cố.
Đây là một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống lái trợ lực thủy lực.1: Các bộ phận chính của hệ thống lái trợ lực thủy lực Yêu cầu đối với hệ thống Đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng và an toàn. Khi ô tô chuyển động thẳng thì phải ổn định. Hệ thống lái phải triệt tiêu được những dao động của bánh xe dẫn hướng lên đến vành tay lái (vô lăng). Hệ thống lái cần được bố trí ở vị trí thuận tiện để dễ dàng bảo dưỡng và sửa chữa.
Lực lái phải phù hợp tại bất kỳ dải tốc độ nào và vẫn đảm bảo đem đến cho người lái cảm giác lái chân thực và thoải mái nhất. Nếu có hư hỏng xảy ra đối với trợ lực lái, người lái vẫn có thể điều khiển được xe mà không cần đến trợ lực. Nguyên lý tổng quát của trợ lực lái thủy lực Bơm trợ lực lái được dẫn động bằng động cơ. Áp suất dầu được tạo ra từ bơm trợ lực tác dụng lên piston nằm trong xi lanh trợ lực để trục răng trợ giúp thêm cho lực của thanh răng.
Mức độ trợ lực phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Áp suất dầu được thay đổi nhờ vào van điều khiển nối với trục lái chính.2: Khi quay trái Hình 2.3: Khi quay phải Vị trí trung gian (chuyển động thẳng) 6 Dầu từ bơm được đưa đến van điều khiển. Khi van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ được chảy vào cửa xả rồi trở về bơm. Lúc này không sinh ra áp suất dầu lớn, do đó áp suất ở hai phía piston gần như cân bằng với nhau nên piston sẽ không di chuyển.
Khi quay vòng Khi trục lái quay theo một hướng bất kỳ, van điều khiển sẽ di chuyển làm đóng một cửa dầu, cửa dầu còn lại mở rộng hơn. Điều này giúp cho dầu từ bơm trợ lực sẽ chảy vào cửa mở làm chênh lệch áp suất dầu giữa hai phía piston làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp đồng thời đẩy dầu phía đó về bơm qua van điều khiển. Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực thủy lực 2. Vành tay lái Hình 2.4: Vô lăng Vành tay lái hay vô lăng là bộ phận được đặt trên buồng lái, có nhiệm vụ nhận lực tác động của người lái và tạo ra moment quay cần thiết truyền đến trục lái.
Vô lăng có dạng vành tròn có nan hoa bố trí quanh vành trong của bánh lái. Moment lái được tính bằng tích số của bán kính vô lăng nhân với lực tác động lên vô lăng của người lái. Ngoài ra vô lăng còn là nơi bố trí một số bộ phận bắt buộc khác như còi xe, túi khí,…Mặc dù hiện nay các 7 hệ thống lái đa phần đã có trợ lực nhưng vô lăng vẫn phải được thiết kế đủ vững chắc để tiếp nhận moment lái khi trợ lực lái gặp vấn đề hư hỏng. Trục lái Trục lái gồm trục lái chính và ống trục lái.
Trục lái chính có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục lái được dùng để cố định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để gắn với vô lăng và giữ chặt bằng đai ốc. Đầu phía dưới trục lái chính được nối với cơ cấu lái bằng khớp mềm hoặc khớp các đăng để hạn chế sự truyền va đập của mặt đường từ cơ cấu lái lên vô lăng.