Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống lái ôtô Toyota Innova G của SV Tô Đức Hoàng

Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống lái xe Toyota Innova G. Tài liệu gồm tính toán, thiết kế, chẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái chi tiết.

• Tác giả: Tô Đức Hoàng
• Người hướng dẫn: Vũ Văn Tấn
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Thiết kế hệ thống lái xe Toyota Innova G
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống lái ô tô Toyota Innova G

Hệ thống lái ô tô là một trong những bộ phận quan trọng nhất của xe, đóng vai trò điều khiển hướng chuyển động và đảm bảo an toàn khi vận hành. Đối với Toyota Innova G, một dòng xe được yêu thích tại thị trường Việt Nam, hệ thống lái được thiết kế với công nghệ hiện đại để đáp ứng nhu cầu điều khiển dễ dàng, chính xác và an toàn trên mọi loại đường. Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần liên động phức tạp, từ vành tay lái đến các cơ cấu dẫn động, tất cả được tối ưu hóa để mang lại trải nghiệm lái xe thoải mái và tin cậy cho người sử dụng.

1.1. Công dụng và chức năng hệ thống lái

Hệ thống lái có chức năng tiếp nhận tác động từ người điều khiển và truyền lực đến bánh xe dẫn hướng để thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô. Ngoài ra, nó phải đảm bảo tính linh hoạt, nhanh chóng và chính xác trong mọi điều kiện lái. Đối với Toyota Innova G, hệ thống lái còn giúp nâng cao an toàn, chất lượng chuyển động và tiện nghi cho hành khách trong quá trình vận hành.

1.2. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống lái hiện đại

Một hệ thống lái hoàn thiện phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản: tính linh hoạt tốt khi quay vòng, khả năng giữ xe chuyển động thẳng và ổn định, ngăn chặn va đập lên vành tay lái, đảm bảo động lực học quay vòng chính xác. Thiết kế hệ thống lái của Innova G được tối ưu để cân bằng giữa dễ điều khiển và độ an toàn cao nhất.

II. Các phương án thiết kế hệ thống lái Toyota Innova G

Khi thiết kế hệ thống lái cho Toyota Innova G, các kỹ sư phải xem xét nhiều phương án khác nhau dựa trên các tiêu chí kỹ thuật, kinh tế và sự hiện đại hóa. Phương án thiết kế cần phù hợp với cấu trúc treo của xe, khả năng chịu tải, và nhu cầu thị trường. Hệ thống lái có thể được phân loại theo nhiều cách: theo phương pháp chuyển hướng bánh xe, theo cách bố trí vành tay lái, theo đặc điểm truyền lực (cơ khí hay trợ lực thuỷ lực), và theo cách biến đổi chuyển động. Mỗi phương án đều có ưu nhược điểm riêng, đòi hỏi các nhà thiết kế phải tính toán kỹ lưỡng.

2.1. Phân loại hệ thống lái theo loại trợ lực

Hệ thống lái có thể sử dụng trợ lực thuỷ lực, khí, điện hoặc cơ khí. Đối với Toyota Innova G, phương án sử dụng trợ lực thuỷ lực hoặc điện được ưu tiên vì cải thiện trải nghiệm lái, giảm sức người điều khiển và tăng độ an toàn, đặc biệt trên các đoạn đường khó như ngoặc gấp hoặc đậu xe.

2.2. Lựa chọn phương án phù hợp với treo độc lập

Toyota Innova G sử dụng hệ thống treo độc lập phía trước, do đó thiết kế hệ thống lái phải tương thích hoàn hảo với cấu trúc này. Phương án thiết kế lựa chọn bao gồm các đòn dẫn động chuyên biệt, cơ cấu lái hiện đại, và trợ lực lái tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao nhất và độ bền lâu dài.

III. Thiết kế chi tiết hệ thống lái Innova G

Thiết kế hệ thống lái của Toyota Innova G đòi hỏi xác định chính xác các thông số kỹ thuật như tỉ số truyền, lực tác dụng lên vành tay lái, các thông số của hình thang lái, và thiết kế cơ cấu lái. Ngoài ra, việc thiết kế trợ lực lái là một phần quan trọng để giảm công sức điều khiển mà vẫn duy trì khả năng kiểm soát chính xác. Mỗi thành phần như trục lái, đòn quay đứng, đòn kéo dọc, và đòn quay bên phải được tính toán và kiểm tra kỹ lưỡng. Thiết kế dẫn động lái bao gồm lựa chọn giữa hệ thống bánh răng-thanh răng hoặc trục vít-êcu bi, mỗi loại có ứng dụng khác nhau tùy theo yêu cầu hiệu suất.

3.1. Xác định tỉ số truyền và lực tác dụng

Tỉ số truyền hệ thống lái Toyota Innova G phải được xác định sao cho vừa dễ điều khiển vừa đảm bảo độ chính xác cao. Lực tác dụng lên vành tay lái được tính toán dựa trên khối lượng xe, kích thước bánh xe, và điều kiện lái thực tế. Việc phân phối hợp lý tỉ số truyền giúp tối ưu hóa mỹ. hiệu lái, giảm mệt mỏi cho người điều khiển.

3.2. Thiết kế cơ cấu lái và dẫn động

Cơ cấu lái của Innova G bao gồm các thành phần như vành tay lái, trục lái, và cơ cấu lái chính giữa xe. Thiết kế dẫn động lái kết nối cơ cấu lái với bánh xe dẫn hướng qua một hệ thống đòn quay và đòn kéo được bố trí sao cho đảm bảo chuyển động đồng bộ, chính xác và an toàn.

IV. Bảo dưỡng chẩn đoán và sửa chữa hệ thống lái Innova G

Bảo dưỡng hệ thống lái Toyota Innova G là công việc không thể bỏ qua để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ của xe. Chẩn đoán hệ thống lái định kỳ giúp phát hiện sớm các vấn đề như rò rỉ dầu trợ lực, hao mòn các khớp nối, hoặc sai lệch góc lái. Sửa chữa hệ thống lái đòi hỏi kỹ năng kỹ thuật cao và thiết bị chuyên dụng. Các công việc bảo dưỡng bao gồm kiểm tra dầu trợ lực lái, thay thế khi cần thiết, kiểm tra tình trạng đòn dẫn động, vành tay lái, và các khớp nối. Người sử dụng cần thường xuyên quan sát các dấu hiệu bất thường như vô lăng nặng, kêu lạ, hoặc rò rỉ chất lỏng.

4.1. Quy trình chẩn đoán hệ thống lái

Chẩn đoán hệ thống lái Innova G bắt đầu bằng kiểm tra trực quan tình trạng các thành phần. Tiếp theo là kiểm tra độ lêch vô lăng, độ chặt của các khớp, tình trạng dầu trợ lực, và góc lái của bánh xe. Sử dụng thiết bị chẩn đoán hiện đại giúp phát hiện chính xác các lỗi và đề ra phương án sửa chữa hệ thống lái phù hợp.

4.2. Kỹ thuật bảo dưỡng và sửa chữa thường gặp

Bảo dưỡng định kỳ gồm kiểm tra và thay dầu trợ lực lái, bôi trơn các khớp nối, kiểm tra độ chặt của vô lăng và đòn quay. Sửa chữa phổ biến bao gồm thay thế vòng chặn dầu, sửa chữa hoặc thay thế cơ cấu lái, điều chỉnh góc lái bánh xe, và xử lý rò rỉ dầu trợ lực để đảm bảo xe vận hành an toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 1. Những vấn đề chung về hệ thống lái 1. Công dụng hệ thống lái Hình1.1 Hệ thống lái trên ô tô 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 lớn. 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. 4 + 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 chuyển động bên phải). + Bố trí vành tay lái bên phải (khi chiều chuyển động bên trái như ở nước ANH, NHẬT,.

- Theo đặc điểm truyền lực: + Hệ thống lái cơ khí. + Hệ thống lái cơ khí có trợ lực: • Trợ lực thuỷ lực: với các loại van khác nhau. • Trợ lực khí (có cả chân không). • Trợ lực điện.

• Trợ lực cơ khí. - Theo kết cấu của hệ thống đòn dẫn động lái: + 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 – êcu bi. + Biến chuyển động quay của hệ thống điều khiển thành chuyển động tịnh tiến của đòn điều khiển. • Bánh răng (trục răng) – thanh răng. Yêu cầu hệ thống lái 5 - Tính linh hoạt tốt: Khi xe quay vòng trên đường gấp khúc và hẹp thì hệ thống lái phải xoay được bánh trước chắc chắn, dễ dàng và êm dịu.

- Đảm bảo động lực học quay vòng đúng để bánh xe dẫn hướng không bị trượt khi quay vòng. - Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh xe dẫn hướng lên vành lái. - Giữ cho xe chuyển động thẳng và ổn định. Cấu tạo các phần tử chủ yếu hệ thống lái 1.

Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái a. Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo phụ thuộc. Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo phụ thuộc. 1: Vành tay lái; 2: Trục lái; 3: Cơ cấu lái; 4: Đòn quay đứng; 5: Đòn kéo dọc; 6:Đòn quay trên; 7,9: Đòn quay bên; 8: Đòn ngang liên kết; 10: Dầm cầu; 11,12: Bánh xe dẫn hướng.

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 (nếu có). Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo độc lập. Sơ đồ bố trí chung hệ thống lái trên hệ thống treo độc lập. 1, 11: Ngõng trục bánh xe; 2: Khớp cầu trên; 3, 12, 13, 14, 15: Đòn dẫn động lái (Hình thang lái); 4: Giá đỡ trục quay phụ; 5, 9: Giá đỡ hệ thống lái; 6: Cơ cấu lái; 7: Trục lái; 8: Vành lái; 10: Đầu nối đòn dẫn động.

Trên hệ thống treo độc lập hai bên bánh xe dịch chuyển độc lập nhau, do vậy dẫn động lái phải đảm bảo không ảnh hưởng đến khả năng dịch chuyển của hệ thống treo đồng thời vẫn đảm bảo chuyển hướng được các bánh xe dẫn hướng ở hai bên trên cầu trước. Để thoả mãn điều này, dẫn động lái trên hệ thống treo độc lập sử dụng các loại đòn chia cắt, về mặt nguyên tắc các đòn dẫn động đều thoả mãn quan hệ động học Ackerman và vẫn có hình dáng cơ bản là hình thang lái Đantô. Cấu tạo các phần tử hệ thống lái A. Vành tay lái và trục lái: Vành tay lái có nhiệm vụ tạo ra mômen điều khiển tác động lên hệ thống lái.

Mômen điều khiển này có giá trị bằng lực người lái tác động nhân với bán kính vành lái. Trục lái có nhiệm vụ truyền mômen điều khiển từ vành lái đến cơ cấu lái. 7 Trên vành tay lái và trục lái thường bố trí các thiết bị điều khiển phục vụ quá trình điều khiển, sử dụng ô tô như: còi, công tắc điện điều khiển đèn, gạt nước mưa. Vành tay lái và trục lái.

1: Vành tay lái; 2: Ống trượt trục lái; 3: Trục lái; 4: Cơ cấu trượt trục lái Trục lái thường có hai loại: Trục lái có thể thay đổi góc nghiêng và trục lái không thay đổi được góc nghiêng. + Trục lái có thể thay đổi góc nghiêng: Giúp cho lái xe điều chỉnh góc vô lăng so với phương thẳng đứng tùy theo khổ người và sở thích của lái xe. + Trục lái không thay đổi được góc nghiêng (trục lái trượt): Giúp cho lái xe dịch chuyển vô lăng theo phương dọc trục tùy theo khổ người và sở thích của lái xe. Cơ cấu lái: Chuyển đổi mômen lái và góc quay từ vô lăng truyền tới bánh xe thông qua thanh dẫn động lái và xe quay vòng.

Cơ cấu lái được bắt chặt với thân xe Các loại cơ cấu lái thường được sử dụng: - Cơ cấu lái trục vít chốt quay: Cơ cấu lái trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái, giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi. Cơ cấu lái trục vít chốt quay có 2 loại: 8 + Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay. + Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Cơ cấu lái trục vít chốt quay. - Cơ cấu lái trục vít con lăn: Trên các loại xe trước kia, cơ cấu lái này thường được dùng rộng rãi trên các loại ô tô với những ưu điểm: cho tỷ số truyền lớn, kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sửa chữa, dễ bảo dưỡng sửa chữa giá thành thấp. Nhược điểm là khó khăn cho việc bố trí trợ lực lái. Cấu tạo cơ cấu lái trục vít con lăn.

1,5: Ổ bi đỡ trục vít; 2: Trục vít; 3: Ốc đổ dầu; 4: vỏ cơ cấu lái 6: Trục con lăn; 7: Ổ bi kim; 8: Con lăn; 9: Trục bị động 10: Đòn quay đứng; 11:Khớp cầu liên kết đòn quay đứng với đòn kéo dọc 12: Gíá đỡ cơ cấu lái; 13: Đệm điều chỉnh độ dơ trục vít; 14: Nắp đậy; 15,16: Đai ốc và đệm điều chỉnh độ dơ trục bị động 9 - Cơ cấu lái trục vít– êcubi – thanh răng – cung răng: Trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn, trục vít quanh tâm và êcu bi ôm ngoài trục vít thông qua các viên bi ăn khớp tạo nên bộ truyền trục vít – êcu bên ngoài êcu có các răng dạng thanh răng, trục bị động mang theo cung răng ăn khớp với thanh răng tạo thành bộ truyền thanh răng bánh răng.Trục vít đóng vai trò chủ động và cung răng đóng vai trò bị động. Cấu tạo cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 1: Cung răng và trục bị động; 2,13,19: Vòng làm kín; 3: Ổ thanh lăn kim;4,12,14: Nắp; 5: Đai ốc hãm; 6: Vít điều chỉnh; 7: Ốc xả dầu; 8: Đai ốc điều chỉnh; 9: Tấm chặn; 10: Bulông; 11: Chốt của đai ốc;15: Ổ bi; 16: Vỏ cơ cấu lái; 17: Trục vít; 18: Nút đổ dầu; 20: đai ốc thanh răng - Cơ cấu lái trục vít - thanh răng : Thay đổi chuyển động quay của vôlăng thành chuyển động sang trái hay phải của thanh răng. Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ. + Do hộp truyền động nhỏ nên thanh răng đóng vai trò thanh dẫn động lái.

+ Các răng ăn khớp trực tiếp nên độ nhạy của cơ cấu lái rất chắc chắn. + Ít quay trượt và ít sức cản quay, và truyền mômen tốt nên lái nhẹ. + Cụm cơ cấu lái hoàn toàn kín nên không cần phải bảo dưỡng. 10 1 Vôlăng; 2 Trục lái chính và ống trục lái; 3 Cơ cấu lái; 4 Vỏ thanh răng; 5 Trục vít; 6 Thanh răng C.

Hệ dẫn động lái: Hệ dẫn động lái đảm nhận chức năng nhận chuyển động từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hướng, đảm bảo quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hướng khi thực hiện quay vòng để không xẩy ra sự trượt bên ở tất cả các bánh xe đồng thời tạo nên liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng. - Hệ thống dẫn động lái trên hệ thống treo phụ thuộc. Sơ đồ hình thang lái trên hệ thống treo phụ thuộc - Hệ dẫn động lái trên hệ thống treo độc lập. Sơ đồ hình thang lái trên hệ thống treo độc lập.

1: Đòn quay; 2: Đòn đỡ; 3: Thanh lái; 4: Thanh ngang. Bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái là hình thang lái có nhiệm vụ đảm bảo động học các bánh xe dẫn hướng của ô tô làm cho lốp xe khỏi bị trượt lê khi lái lốp bị mòn. Ngoài ra kết cấu của hình thang lái còn phải phù hợp với bộ dẫn hướng của hệ thống treo, để khi bánh xe chuyển hướng dao động thẳng đứng thì không ảnh hưởng đến động học của dẫn động lái. Các mối ghép của dẫn động lái: Để giảm trọng lượng và tiết kiệm nguyên vật liệu chế tạo, các đòn dẫn động lái thường được làm rỗng.

Các khớp liên kết trong dẫn động lái đều là khớp cầu, đảm bảo khả năng tự lựa, không có khoảng hở. Kết cấu liên kết đòn dẫn động ngang và cụm khớp cầu 1. Công dụng: Giảm nhẹ sức lao động của người lái trong việc điều khiển hướng chuyển động của xe, đặc biệt với những xe có tải trọng lớn có mô men cản quay vòng lớn.Trợ lực lái còn có ý nghĩa nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố xẩy ra ở bánh xe ( nổ lốp, áp suất lốp quá thấp.) làm giảm tải trọng va đập truyền lên vành lái, tăng tính tiện nghi và êm dịu trong điều khiển.