Chương 1: Tổng quan về hệ thống lái 1. Công dụng, phân loại, yêu cầu a. Công dụng Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô khi cần thiết. Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách : - Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng.
- Thay đổi momen xoắn ở bánh sau chủ động - Kết hợp cả 2 phương pháp. Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì hệ thống lái là hệ thống quan trọng nhất. Kết cấu chung nhất của hệ thống lái gồm : cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái b. Phân loại: Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô : - Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái : + Loại cơ cấu lái đặt bên trái ( dùng cho các nước có luật giao thông quy định chiều chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải ) + Loại cơ cấu đăt bên phải ( dùng cho các nước có luật giao thông quy định chiêu chuyển dộng là bên trái , có rất ít nước thí dụ: Anh Thụy Diển , Nhật…) - Theo kết cấu của cơ cấu lái: + Loại trục vít, bánh vít ( với cung răng, con lăn, bánh vít).
+ Loại trục vít đòn quay ( với một hoặc hai ngõng quay). + Loại thanh khía + Loại liên hợp ( Trục vít – ê cu – cung răng ) - Theo số bánh dẫn hướng : + Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu trước + Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng cầu sau + Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu - Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái + Loại trợ lực lái thủy lực 5 + Loại trợ lực lái loại khí + Loại trợ lực lái cơ khí + Loại trợ lực lái dùng điện - Theo kết cấu của bộ phận thủy lực + Hệ thống lái với bộ phận chịu lực kiểu van xoay + Hệ thống lái với bộ phận chịu lực kiểu van trượt c. Yêu cầu Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diện tích bé. Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng tránh trượt lê gây mòn lốp.
Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh xe dẫn hướng lên vành tay lái. Giữ cho xe chuyển động thẳng và ổn định Đặt cơ cấu lái lên phần được treo ô tô để kết cấu hệ thống treo không ảnh hưởng đến cơ cấu lái, cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện. Các hệ thống lái phổ biến *. Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ phận trợ lực sử dụng dầu thủy lực.
Một phần công suất của động cơ tạo ra áp suất thủy lực hỗ trợ điều hướng cho bánh xe. 6 Ưu điểm: - Cảm giác lái chân thực. Hệ thống này có kết cấu hoàn toàn bằng cơ khí nên phản ứng với mặt đường chân thực nhất. Tài xế có thể cảm nhận được lực dội ngược lên vô-lăng.
- Chi phí bảo dưỡng hệ thống trợ lực lái thủy lực thấp hơn vì đã thông dụng từ lâu. Chỉ thường gặp một số hỏng hóc như rò rỉ dầu, hay hỏng van phân phối. Tuy nhiên, cần thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng, kiểm tra dầu trợ lực lái. Nhược điểm: - Trợ lực lái thủy lực phức tạp hơn, nặng hơn và chiếm nhiều không gian hơn.
Cộng với cơ cấu nhận công suất từ động cơ nên lúc nào cũng trong trạng thái hoạt động, nên tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn. - Trợ lực lái thủy lực , nặng ở tốc độ thấp và nhẹ ở tốc độ cao (do áp suất dầu lớn) *. Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử (EHPS) Về cơ bản, hệ thống EHPS tương tự như hệ thống trợ lực thủy lực. Sự cải tiến lớn nhất chính là thanh xoắn cảm biến mô men đánh lái không trực tiếp điều khiển van trợ lực.
Độ biến dạng của thanh xoắn được chuyển thành tín hiệu điện gửi đến hộp MCU điều khiển trợ lực. Hộp MCU điều khiển trợ tổng hợp các tín hiệu chạy xe, tính toán và xác định phần tỷ lệ trợ lực từ đó quyết định áp lực trợ lực lái. So sánh với hệ thống lái trợ lực thủy lực hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử có nhiều ưu điểm hơn như: Dải làm việc làm việc của trợ lực đa dạng đáp ứng các dải tốc độ khác nhau đặc biệt là dải tốc độ cao (tạo cảm giác lái), tạo sự thoải mái khi lái xe. Hệ thống lái trợ lực điện Hệ thống trợ lực lái điện là một bộ phận trợ lực sử dụng điện.
Hệ thống này có khả năng hỗ trợ cho quá trình điều hướng chuyển động các bánh xe. 7 Ưu điểm: - Hệ thống trợ lực điện ít phải kiểm tra, dễ dàng sửa chữa - Còn hệ thống trợ lực điện chỉ hoạt động khi nào nhận được tín hiệu từ cảm biến. - Trợ lực điện giúp tiết kiệm hơn 2%-3% nhiên liệu so với trợ lực lái thủy lực. - Hoạt động theo cơ cấu điện tử nên được kết nối với cảm biến tốc độ, cảm biến trượt ở bánh xe, cảm biến va chạm và con quay hồi chuyển để điều chỉnh lực vô-lăng phù hợp.
Chính vì thế, khi xe di chuyển chậm hay vào bãi đỗ xe, vô- lăng nhẹ nhàng và dễ dàng đánh lái. Khi đi tốc độ cao, vô-lăng tự động trở nên nặng hơn. Nhược điểm: - Chi phí bảo dưỡng lớn, do khi hư hỏng cần thay toàn bộ hệ thống.1 Các dạng cơ cấu lái thông dụng Hiện nay trên ô tô thường sử dụng các loại cơ cấu lái như: + Loại trục vít glôbôit – con lăn, + Loại trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng, + Loại bánh răng – thanh răng, 8 + Loại trục vít – cung răng, Ngoài ra còn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng – cung răng… * Kiểu bánh răng – thanh răng: Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng có các ưu điểm sau: - Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác.
- Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp. - Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ. Nhược điểm: - Kích thước chiều dài lớn, thanh răng chế tạo bằng thép chất lượng cao, kích thước nhỏ, tuy vậy nhưng lại rất dễ bị cong trong quá trình sử dụng. 9 * Cơ cấu lái trục vít con lăn: Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất.
Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này. Trên hình trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn. Cơ cấu lái gồm trục vít gơbôlôit ăn khớp với con lăn (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.
Ưu điểm: + Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn. Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren. + Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn. + Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng.
Đường trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn = 5 7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng. * Cơ cấu lái trục vít chốt quay: 10 Cơ cấu lái loại này gồm hai loại: Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay. Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay. Ưu điểm: + Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước.
Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo,khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi. + Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7 Cơ cấu lái này được dùng trước hết ở hệ thống lái không có cường hoá nó được dùng chủ yếu cho ôtô tải và ôtô khách.
+ Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mòn kém. + Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái. 11 * Cơ cấu lái trục vít cung răng: Ưu điểm: Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn.
Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp. * Cơ cấu lái loại liên hợp: 12 Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC, không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoá thuỷ lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng. Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít.
Nhờ có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn.