CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay công nghệ mới xuất hiện liên tục. Từ đó, những thành tựu của khoa học – kỹ thuật được áp dụng vào đời sống thực tiễn. Nhờ vậy con người ngày càng tận hưởng được cuộc sống một cách tiện nghi và thoải mái hơn. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy, thiết bị công nghệ hiện đại mọi nơi, trong mọi lĩnh vực.
Ở khắp mọi nơi trên trái đất, hàng ngàn việc nghiên cứu, trung tâm với hàng triệu kỹ sư vẫn đang miệt mài nghiên cứu để đóng góp cho nhân loại những cải tiến, tìm tòi ra những kỹ thuật mới, phục vụ cuộc sống. Có thể nói, sức mạnh về khoa học – kỹ thuật chính là sức mạnh ghê gớm nhất, nó có thể chi phối các mặt khác như quân sự, kinh tế, … thể hiện vị thế vai trò của một quốc gia trên trường quốc tế. Ở Việt Nam, không nằm ngoài xu thế của thời đại, các nhà nghiên cứu, các kỹ sư đặc biệt là thế hệ trẻ, các bạn sinh viên vẫn tích cực, say mê nghiên cứu khoa học để tìm ra những kỹ thuật mới, trao đổi, học hỏi và tiếp thu những công nghệ mới trên thế giới để phục vụ cho công cuộc hiện đại hóa – công nghiệp hóa đất nước. Ngành ô tô đang rất phát triển ở Việt Nam.
Hệ thống lái trên ô tô là một hệ thống vô cùng quan trọng trên ô tô. Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật để tạo cho con người dễ dàng khi lái hơn thì người ta đã nghiên cứu và phát triển ra “hệ thống lái sử dụng trợ lực điện”.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu về hệ thống lái sử dụng trợ lực điện dùng trên ô tô nhằm tạo thêm tài liệu tham khảo nghiên cứu cho học sinh, sinh viên, cán bộ kỹ thuật, … 1.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống trợ lực lái Nghiên cứu và tính toán thông số trên hệ thống lái hệ thống lái trên dòng xe Toyota Corolla Altis 1.8G Xây dựng thuật hỗ trợ tính toán động học, động lực học trên phần mềm matlab 1.4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài Thu thập và chọn lọc tài liệu khoa học về hệ thống lái trợ lực điện trên ô tô đời mới. Nghiên cứu phân tích tài liệu đã tìm được và sắp xếp thành một hệ thống logic. Sau đó, tìm hiểu nghiên cứu cách tính toán hệ thống trợ lực lái điện thông qua phần mềm matlab để cho việc xử lý các thông số của xe trở nên nhanh hơn.
Tham khảo ý kiến từ thầy cô 1 và bạn bè về vấn đề cần làm. Cuối cùng, tổng hợp lại thành một hệ thống kiến thức đầy đủ. 2 CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI 2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu. Hệ thống lái có công dụng giúp chúng ta duy trì hoặc thay đổi hướng chuyển động của xe, giúp cho ô tô có thể giữ nguyên hướng chuyển động thẳng hoặc chuyển hướng vòng sang trái, sang phải một cách dễ dàng thông qua vành lái (vô –lăng).
Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống khác thực hiện điều khiển ô tô và đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động. Theo vị trí bố trí vành tay lái. - Hệ thống lái bố trí vành tay lái bên trái (theo luật đi đường bên phải). - Hệ thống lái bố trí vành tay lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
Theo phương pháp chuyển hướng. - Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước. - Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu sau. - Chuyển hướng tất cả bánh xe.
3 * Theo nhóm cơ cấu lái dùng trục vít lõm. - Trục vít - cung răng. - Loại trục vít – thanh răng. - Loại bi tuần hoàn.
* Theo cơ cấu lái dùng trục vít vô tận. - Trục vít – chốt khớp – đòn quay. - Trục vít – êcu bi – thanh răng – bánh răng. - Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng.
Theo cơ cấu trợ lực. - Trợ lực cơ khí. - Trợ lực thủy lực. - Trợ lực hóa khí (khí nén hoặc chân không).
- Trợ lực điện. - Trợ lực thủy lực - điện 2. - Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng, an toàn và chính xác. - Đảm bảo động học quay vòng tốt.
- Đảm bảo tính năng cơ động cao. - Đảm bảo bánh xe dẫn hướng có khả năng tự ổn định cao. - Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật. - Hệ thống lái không có độ rơ lớn (hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ).
- Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, lực lái thích hợp. - Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng. - Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện giúp người lái thoải mái và không tốn nhiều sức trong việc điều khiển xe.2 Các bộ phận của hệ thống lái.1 Hệ thống lái không có trợ lực. 2: Cấu tạo chung của hệ thống lái.
Thanh kéo dọc 6. Hình thang lái Các bộ phận chính của hệ thống lái. +Là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ tiếp nhận momen quay của người lái và truyền lực cho trục lái. Vành lái có cấu trúc tương đối giống nhau trên các loại xe bao gồm vành hình tròn bên trong bằng thép và được bọc bằng nhựa hoặc da.
Lắp ghép với trục lái bằng hoa then, ren và đai ốc. Ngoài chức năng chính là tiếp nhận momen quay từ người lái vành lái còn là nơi bố trí một số bộ phận thông dụng như còi, túi khí và các nút điều khiển khác. + Trục lái gồm có: Trục lái chính truyền động quay từ vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trực lái để cố định trục lái chính vào thân xe. 5 + Trục lái chính làm nhiệm vụ truyền momen từ vành lái đến cơ cấu lái.
Đầu trên của trục lái chính được gia công ren và then hoa để lắp vô lăng lên đó và được giữ chặt bằng đai ốc. Đầu dưới của trục lái chính được nối với cơ cấu lái bằng khớp nối nềm hoặc khớp nối các đăng để giảm thiểu trấn động từ mặt đường lên vành tay lái. + Là nơi bố trí các cần điều khiển như đèn chiếu sáng, xi nhan, gạt mưa và nước rửa kính. + Cơ cấu lái có tác dụng biến đổi chuyển động quay của vành lái thành chuyển động xoay và tịnh tiến của các chi tiết dẫn động lái.
Cơ cấu lái hoạt động như một hộp giảm tốc để tăng momen tác động của người lái đến bánh xe dẫn hướng. + Đòn quay đứng: truyền momen từ trục đòn quay của cơ cấu lái tới các đòn kéo dọc hoặc kéo ngang được nối với cam quay của bánh xe dẫn động. + Đòn kéo: truyền lực từ đòn quay của cơ cấu lái đến cam quay của bánh xe dẫn hướng. Tùy theo phương đặt đòn mà người ta có thể gọi là đòn kéo dọc hoặc đòn kéo ngang.
+ Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm 4 khâu: dầm cầu, thanh lái ngang và hai thanh bên. Hình thang lái sẽ đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng nhờ vào các kích thước của các thanh lái ngang, cánh bản lề và các góc đặt phải xác định. Nguyên lý làm việc: Khi muốn đánh lái sang trái hoặc phải người lái tác động quay vòng lên vành lái (1) truyền động đến trục lái (2) dẫn đến cơ cấu lái (3). Chuyển động từ cơ cấu lái được đưa đến bộ phận dẫn động lái thông qua đòn quay đứng.
Dẫn động lái gồm thanh kéo dọc (5), đòn quay bên (6), hình thang lái và các cam quay bên trái, bên phải làm quay bánh xe ở hai bên.2 Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện so với hệ thống lái trợ lực thủy lực. Bơm dầu của hệ thống lái trợ lực thủy lực được dẫn động cơ do đó tiêu hao công suất của động cơ. Còn mô tơ điện của hệ thống trợ lực điện dùng điện từ ắc quy hoặc máy phát điện của xe. Hệ thống trợ lực điện làm việc êm hơn vì không có tiếng kêu của bơm trợ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn nhưng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lượng của hệ thống được giảm đáng kể so với trợ lực thủy lực.
Khi trợ lực điện gặp trục trặc thì lực điều khiển của người lái chỉ như xe không có trợ lực chứ không nặng như trợ lực thủy lực do có sức cản của dầu thủy lực. Đảm bảo 6 được vấn đề môi trường hơn so với trợ lực thủy lực khi thay thế sửa chữa lượng dầu thải ra ảnh hưởng đến môi trường.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực. Hệ thống lái trợ lực là hệ thống sử dụng một phần công suất động cơ để tạo ra áp suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để chuyển hướng chuyển động của ô tô. Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dầu tại van điều khiển.
3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống trợ lực thủy lực. Các bộ phận chính của hệ thống trợ lái thủy lực. - Bình chứa: cung cấp dầu trợ lực lái. Nó được lắp đặt trực tiếp vào thân bơm hoặc lắp tách biệt.
Nếu không được lắp trực tiếp thì sẽ được nối với thân bơm bằng 2 ống mềm. Nắp bình chứa có thước đo mức dầu. - Bơm trợ lực lái: bơm được dẫn động bằng puly trục khuỷu động cơ và dây đai dẫn động, và đưa dầu bị nén vào hộp cơ cấu lái. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào hộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ một van điều khiển lưu lượng và lượng dầu thừa được đưa trở lại đầu hút của bơm.
- Van điều khiển: van điều khiển chuyển hướng dầu hồi về bình chứa hoặc đi tới xilanh. - Hộp cơ cấu lái: Piston trong xi lanh trợ lực được đặt trên thanh răng, và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên pít tông theo cả hai hướng. Một phớt 7 dầu trên Piston ngăn dầu rò rỉ ra ngoài. Trục van điều khiển được nối với vô lăng.
Khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì van điều khiển thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng. Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van điều khiển. Nguyên lý hoạt động: Hình 2.