Phân tích hệ thống lái trợ lực điện Hyundai Grand i10 và mô hình cửa kính

Phân tích chi tiết hệ thống lái trợ lực điện trên Hyundai Grand i10 về cấu tạo, nguyên lý, các hư hỏng thường gặp và quy trình sửa chữa.

• Tác giả: Trần Minh Tiền
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Thắng
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Khai thác hệ thống lái trợ lực điện trên xe Hyundai Grand i10. Thiết kế mô hình nâng hạ kính xe ô tô
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện Hyundai i10

Hệ thống lái trợ lực điện là một trong những công nghệ hiện đại nhất trên xe Hyundai i10, giúp tăng cường tính an toàn và tiện lợi khi điều khiển xe. Hệ thống này được thiết kế để giữ nguyên và thay đổi hướng chuyển động của xe theo ý muốn của tài xế. Hệ thống lái cần đảm bảo chuyển động thẳng ổn định, tính cơ động cao, động học quay vòng đúng, giảm các va đập, và điều khiển nhẹ nhàng. Trợ lực điện trên Hyundai i10 sử dụng công nghệ tiên tiến để cung cấp hỗ trợ động lực tối ưu, giảm sức cơ khi lái xe, đặc biệt trong các tình huống đỗ xe và quay vòng. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện là điều cần thiết cho những ai muốn bảo dưỡng và sửa chữa xe một cách chuyên nghiệp.

1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống lái

Hệ thống lái trên ô tô Hyundai i10 có nhiệm vụ chính là điều khiển hướng chuyển động của xe theo yêu cầu của tài xế. Để đạt được điều này, hệ thống cần thỏa mãn các yêu cầu: đảm bảo chuyển động thẳng ổn định, cung cấp tính cơ động cao, duy trì động học quay vòng chính xác, giảm thiểu các va đập và cung cấp điều khiển nhẹ nhàng. Các yêu cầu này đảm bảo rằng tài xế có thể điều khiển xe một cách thoải mái, an toàn, và hiệu quả trong mọi điều kiện lái xe.

1.2. Phân loại hệ thống lái trên ô tô

Hệ thống lái được phân loại dựa trên cơ cấu truyền động và loại trợ lực. Các loại chính bao gồm: hệ thống với cơ cấu trục vít-cung răng, trục vít-con lăn, và bánh răng-thanh răng. Đối với trợ lực, có ba loại chính: trợ lực cơ khí, trợ lực thủy lực, và trợ lực điện. Hyundai i10 sử dụng hệ thống lái với cơ cấu bánh răng-thanh răng kết hợp với trợ lực điện hiện đại, cung cấp hiệu suất cao và tiết kiệm nhiên liệu tối ưu.

II. Cấu tạo chi tiết hệ thống lái trợ lực điện Hyundai i10

Cấu tạo hệ thống lái trợ lực điện trên Hyundai i10 bao gồm nhiều thành phần phối hợp chặt chẽ với nhau. Các bộ phận chính gồm có: cụm trục lái, cơ cấu lái (gearbox lái), dẫn động lái, cầu dẫn hướng, và khối trợ lực điện-điện tử. Cụm trục lái là nơi tài xế tương tác trực tiếp, truyền lực quay tới hệ thống. Cơ cấu lái có vai trò chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính. Dẫn động lái (dẫn động 4 khâu hoặc 6 khâu) kết nối bánh xe, còn cầu dẫn hướng điều chỉnh góc xoay của bánh. Khối trợ lực điện sử dụng motor điện để hỗ trợ lực lái, được điều khiển bởi hệ thống điện-điện tử thông minh giúp tối ưu hóa lực trợ lực tùy theo tốc độ xe.

2.1. Cụm trục lái và cơ cấu lái

Cụm trục lái trên Hyundai i10 được thiết kế để chịu tải lực và truyền chuyển động từ tay lái. Nó bao gồm trục lái chính, vô lăng, và các khớp nối. Cơ cấu lái sử dụng hệ thống bánh răng-thanh răng để chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính, giúp điều khiển góc xoay của bánh xe. Thiết kế này cho phép lực được truyền tải hiệu quả và giảm ma sát, đảm bảo điều khiển mượt mà và chính xác.

2.2. Khối trợ lực điện và hệ thống điều khiển

Khối trợ lực điện trên Hyundai i10 bao gồm motor điện, bộ điều khiển điện tử (ECU), và các cảm biến. Motor điện cung cấp lực hỗ trợ thông qua hệ thống truyền động trực tiếp hoặc gián tiếp. Bộ điều khiển điện tử nhận tín hiệu từ các cảm biến (tốc độ xe, góc lái, mô men lái) và điều chỉnh lực trợ lực một cách tối ưu. Hệ thống này tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu suất so với các hệ thống trợ lực truyền thống.

III. Nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực điện

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện Hyundai i10 dựa trên việc phát hiện lực lái và cung cấp trợ lực tương ứng. Khi tài xế tác dụng lực lên vô lăng, các cảm biến mô men lái phát hiện lực này và gửi tín hiệu tới bộ điều khiển điện tử (ECU). ECU xử lý dữ liệu từ nhiều cảm biến bao gồm tốc độ xe, góc lái, và các thông số khác, sau đó tính toán lực trợ lực cần thiết. Motor điện được kích hoạt để cung cấp lực hỗ trợ thích hợp, giúp giảm sức lực cần thiết từ tài xế. Hệ thống được thiết kế để cung cấp trợ lực cao ở tốc độ thấp (dễ dàng đỗ xe) và trợ lực thấp ở tốc độ cao (tăng cảm giác lái và ổn định).

3.1. Quy trình cảm biến và xử lý tín hiệu

Các cảm biến mô men lái (torque sensor) phát hiện lực tác dụng lên trục lái và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Cảm biến tốc độ cung cấp thông tin về vận tốc hiện tại của xe. Cảm biến góc lái đo góc xoay của vô lăng. Tất cả các tín hiệu này được gửi tới bộ vi xử lý (ECU) của hệ thống, nơi diễn ra quá trình xử lý dữ liệu và tính toán lực trợ lực tối ưu trong thời gian thực.

3.2. Điều khiển trợ lực theo tốc độ và điều kiện lái

Hệ thống lái trợ lực điện Hyundai i10 sử dụng phương pháp điều khiển thích ứng dựa trên tốc độ xe. Ở tốc độ thấp (đỗ xe, quay vòng), trợ lực được tối đa hóa để giảm sức lực cần thiết. Ở tốc độ cao (lái đường dài), trợ lực được giảm để tăng cảm giác lái và ổn định động học. Ngoài ra, hệ thống còn điều chỉnh dựa trên điều kiện mặt đường và phong cách lái của tài xế, đảm bảo hiệu suất lái tối ưu trong mọi tình huống.

IV. Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái trợ lực điện

Bảo dưỡng hệ thống lái trợ lực điện Hyundai i10 là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Các công việc bảo dưỡng định kỳ bao gồm: kiểm tra chất lương tuốc xả (nếu có), kiểm tra các khớp nối và bu-tơ, kiểm tra sợi dây cáp lái, và kiểm tra hoạt động của motor trợ lực. Các hư hỏng thường gặp bao gồm: lái nặng, lái nhạy, tiếng kêu bất thường, hoặc lái không ổn định. Khi phát hiện các vấn đề, cần tiến hành kiểm chẩn đoán bằng công cụ chuyên dụng để xác định nguyên nhân chính xác. Quy trình sửa chữa có thể bao gồm tháo lắp các bộ phận, làm sạch, bôi trơn, thay thế các chi tiết hư hỏng, và kiểm nghiệm toàn diện sau sửa chữa.

4.1. Các công việc bảo dưỡng định kỳ

Bảo dưỡng định kỳ hệ thống lái cần thực hiện theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Kiểm tra các khớp nối (U-joint) có dấu hiệu mòn hay không, kiểm tra sợi dây cáp lái có bị hư hỏng, rò rỉ hoặc căng quá mức. Kiểm tra hoạt động của motor trợ lực điện bằng cách lắng nghe tiếng động cơ và cảm nhận lực trợ lực. Kiểm tra chất lượng kết nối điện của hệ thống, đảm bảo không có rơ rỉ điện. Các công việc này giúp phát hiện sớm các vấn đề trước khi chúng trở thành những hư hỏng lớn.

4.2. Quy trình sửa chữa và kiểm nghiệm

Quy trình sửa chữa bắt đầu bằng chẩn đoán chi tiết sử dụng các công cụ chuyên dụng để đọc mã lỗi từ ECU. Sau đó, tiến hành tháo lắp các bộ phận cần thiết, làm sạch và kiểm tra các chi tiết. Thay thế các bu-tơ, ốc vít, hoặc các chi tiết hư hỏng. Bôi trơn các khớp nối bằng mỡ chuyên dụng. Cuối cùng, lắp ráp lại và tiến hành kiểm nghiệm toàn diện trên đường hoặc trên thiết bị chẩn đoán để đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Nhiệm vụ - Yêu cầu - Phân loại hệ thống lái: 1.1 Nhiệm vụ Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Bởi vậy chức năng của hệ thống lái là giữ nguyên hay thay đổi hướng chuyển động của xe theo ý muốn người điều khiển.2 Yêu cầu Hệ thống lái sử dụng trên ô tô cần phải đảm bảo các yêu cầu tối thiểu về sự an toàn của xe và hàng hóa trong quá trình sử dụng và vận chuyển, do đó hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo tính năng vận hành cao của ô tô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngoặt trong một thời gian ngắn trên một diện tích rất bé - Lực cần thiết đặt trên vành tay lái nhẹ, vành tay lái phải nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái để tạo cảm giác thỏa mái cho người lái trong quá trình điều khiển - Đảm bảo động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt. - Hệ thống trợ lực phải đảm bảo chính xác, tính chất tùy động đảm bảo phối hợp chặt chẽ của sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các bánh xe dẫn hướng - Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành tay lái và sự quay vòng của các bánh xe dẫn hướng - Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến tính động học của cơ cấu lái - Hệ thống lái phải được bố trí sao cho thuận tiện cho quá trình bảo dưỡng, sửa chữa.3 Phân loại Hệ thống lái có thể phân loại như sau: * Theo bánh dẫn hướng : - Hệ thống lái dẫn hướng ở hai bánh trước - Hệ thống lái dẫn hướng ở hai bánh sau - Chuyển hướng tất cả 4 bánh xe. Ký hiệu 4WS * Theo đặc điểm truyền lực: - Hệ thống lái cơ khí (hệ thống lái thường).

- Hệ thống lái cơ khí có trợ lực. * Theo kết cấu cơ cấu lái : 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: TRẦN MINH TIỀN - Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn - Cơ cấu lái kiểu trục vít – trục êcu bi. - Cơ cấu lái kiểu trục vít – con trượt. - Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng.

* Theo cách bố trí vành tay lái: - Bố trí vành tay lái bên trái dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường theo phía bên trái - Bố trí vành tay lái bên phải dùng cho những nước thừa nhận luật đi đường theo phía bên phải * Theo phương pháp trợ lực : - Trợ lực khí nén - Trợ lực thủy lực - Trợ lực điện - Trợ lực điện kết hợp với trợ lực thủy lực. Kết cấu các hệ thống lái thường gặp trên ô tô 1. Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - cung răng Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược điểm là hiệu suất thấp, điều chỉnh khe hở ăn khớp 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. Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển 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 thích hợp cho các xe tải cỡ lớn. Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay lõm.

Khi trục vít có dạng lõm 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 cần tăng chiều dài của trục vít. 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: TRẦN MINH TIỀN A Hình 1. Cơ cấu trục vít - cung răng 1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.

Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức: 2 R0 i = (1.1) tZ t Trong đó: R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng; t - Bước trục vít; Zt - Số mối ren trục vít. Góc nâng của đường ren vít thường từ 8 ÷ 12ο. Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên thay đổi từ 0,03 ÷ 0,05 mm. Sự thay đổi khe hở này được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có bán kính khác nhau.

11 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: TRẦN MINH TIỀN 1. Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - con lăn Hình 1. 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 1.2) được sử dụng rộng rãi trên các loại 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 nghịch: ηn = 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 được bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vít 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 hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của 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 thức sau: 2 Rk 2 R0 Rk R i = = = i 0 k (1.2) tZt tZt R0 R0 Trong đó: t - Bước của mối răng trục vít Z t - Số đường ren trục vít 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: TRẦN MINH TIỀN 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 i0 - 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 sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi như i = const.

Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - chốt quay Hình 1. Cơ cấu lái trục vít - chốt quay 1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay. Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau. Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức: 2 R i = cos  (1.3) t Trong đó:  - Góc quay của đòn quay đứng; R - Bán kính đòn dặt 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 trên các ôtô tải và khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng. Hệ thống lái với cơ cấu liên hợp Êcu 20 lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rãnh ren của trục vít cho phép thay đổi ma sát trượt thành ma sát lăn.

Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn khớp với cung răng trên trục (2). 13 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: TRẦN MINH TIỀN Hình 1. 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 ăn khớp;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 điều chỉnh độ rơ của ổ bi; 18- Nắp dưới cơ cấu lái;19 - Ổ đỡ chặn; 20- Êcu; 21- Ống dẫn hướng bi; 22- Bi;23-Vít đậy lỗ rót dầu; 24- Ổ đỡ chặn; 25- Vòng chặn dầu; 26- Then bán nguyệt; 27- Cung răng. Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức: 2 R 2 i = (1.4) t Trong đó: R 2 - Bán kính chia cung răng t - Bước răng trục vít.

+ Ưu điểm: - Hiệu suất cao: hiệu suất thuận t = 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch  n = 0,85 14 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: TRẦN MINH TIỀN - Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan trọng; - Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cỡ lớn. Hệ thống lái với cơ cấu bánh răng - thanh răng Hình 1. Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 1- Lỗ ren; 2- Bánh răng; 3- Thanh răng; 4- Bulông hãm; 5- Đai ốc điều chỉnh khe hở bánh răng thanh răng; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng thanh răng Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng.

Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được 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 dụng rộng rãi trên các xe 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.

Dẫn động lái - Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng. - Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ô tô rất phức tạp, để đảm bảo đúng mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện vì phải cần đến dẫn động lái 18 khâu.