CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 1. Nhiệm vụ - Yêu cầu - Phân loại hệ thống lái 1. Nhiệm vụ: Hệ thống lái là cụm chi tiết có nhiệm vụ chuyển hướng di chuyển hướng di chuyển của xe. Cụm chi tiết này sử dụng chuyển động quay của vô-lăng và truyền nó đến thước lái bên dưới để định hướng bánh xe dẫn hướng theo mong muốn của người lái 1.
Yêu cầu: Hệ thống lái phải bảo đảm các yêu cầu sau: + Quay vòng ôtô ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. + Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện. + Động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trượt khi quay vòng. + Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vành lái.
+ Giữ được chuyển động thẳng ổn định. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống dẫn hướng trên xe ô tô + Đảm bảo cho các xe chuyển hướng chuyển động chính xác và an toàn. + Giúp việc điều khiển vô lăng dễ và nhẹ nhàng. + Dao động của bánh trước không được truyền lên vành lái.
+ Các bánh xe dẫn hướng sẽ phải tự động xoay trở về vị trí thẳng đứng sau khi xe quay qua khúc quanh hay đường vòng. Phân loại : - Theo cách bố trí vành tay lái + Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (khi chiều thuận đi đường là chiều phải). + Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (khi chiều thuận đi đường là chiều trái). - Theo kết cấu của cơ cấu lái + Trục vít – bánh vít + Trục vít – bánh vít (bánh vít dùng vành răng hoặc con lăn) 5 + Trục vít – ê cu (với êcu và đòn quay) + Trục vít – con trượt (với con trượt và đòn quay) - Bánh răng- thanh răng - Liên hợp Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực + Trợ lực thuỷ lực.
+ Loại trợ lực khí (gồm cả cường hóa chân không). + Loại trợ lực điện. Theo số lượng cầu dẫn hướng + Một cầu dẫn hướng. + Nhiều cầu dẫn hướng.
+ Tất cả các cầu dẫn hướng. Cấu tạo chung của hệ thống lái : Mặc dù hệ thống lái ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú về nguyên lý cũng như về kết cấu, từ hệ thống lái của xe con, xe tải, loại xe sử dụng treo độc lập hay phụ thuộc về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính sau: Vành lái, trục lái, cơ cấu lái, dẫn động lái. Dưới đây là sơ đồ kết cấu của một hệ thống lái cơ bản : Hình 1. Hệ thống lái cơ bản 6 Cách bố trí hệ thống lái trên xe : Hình 1.
Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe 1. Một số trợ lực lái được dùng trên ô tô : 1. Nhiệm vụ của trợ lực lái : Trợ lực lái của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, giảm mệt mỏi khi xe chạy trên đường dài. Ngoài ra trợ lực lái còn nhằm nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe (nổ lốp, hết khí nén trong lốp…) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái.
Yêu cầu của trợ lực lái : Trợ lực lái của hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau: + Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được tuy nhiên lái nặng hơn. + Chỉ gài bộ trợ lực lái khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé hệ thống lái làm việc như bình thường, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối với ôtô du lịch P1= (10 - 20) N, đối với ôtô tải P1= (30 - 40) N. + Bộ trợ lực lái phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản trên mặt đường khi quay vòng, thời gian tổn hao để cường hoá phải là tối thiểu và phải đảm bảo tỷ lệ giữa lực tác dụng, góc quay trục vô lăng và góc quay bánh dẫn hướng. 7 + Hệ thống lái có cường hoá phải đảm bảo cho người lái giữ được hướng chuyển động khi bánh xe đột ngột có sự cố ( rơi vào hố sâu, nổ lốp, hết khí nén trong lốp…) 1.
Phân loại trợ lực lái 1. Trợ lực lái cơ khí : Hình 1. Sơ đồ trợ lực lái cơ khí Vô-lăng; 2. Trục bánh xe.
Kiểu bố trí này thường được bố trí trên các ô tô tải nhỏ và trung bình. Hệ thống này bao gồm : Vô lăng : vô lăng cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng của người lái từ vô lăng đến trục vít của cơ cấu lái. Cơ cấu lái trên hình 1. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và khuếch đại lực điều khiển trên vô lăng Dẫn động lái: dấn động lái bao gồm đòn quay đứng (5).
Thanh kéo dọc (6) cam quay (7). Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng (5) thành chuyển động góc của trúc bánh xe dẫn hướng Hình thang lái bao gồm các đòn (8), (9) và (10). Ba khâu này hợp với dầm cầu dẫn hướng tạo thành bốn khâu dạng hình thang nên gọi là hình thang lái. Hình thang lái có nhiệm vụ tạo chuyển động góc của hai bánh xe dẫn hướng theo một quan hệ xác định bảo đảm các bánh xe không bị trượt khi quay vòng.
Trợ lực lái thủy lực Hình 1. Sơ đồ trợ lực lái thủy lực Hệ thống gồm 4 bộ phận chính : Xi lanh trợ lực : Khi người lái quay vô-lăng, xi lanh trợ lực sẽ nhận dầu thủy lực từ bơm thủy lực, tạo ra áp suất để đẩy hoặc kéo thanh răng lái, giúp bánh xe chuyển hướng một cách dễ dàng Van điều khiển dòng : Nhiệm vụ chính là điều khiển luồng dầu từ bơm dầu trợ lực đến các xi lanh lái trợ lực để tạo ra lực phản kháng khi lái xe. Cụm van này giúp điều chỉnh áp suất dầu và phân phối dầu đến các xi lanh theo yêu cầu của lái xe, tạo ra một hệ thống lái nhẹ nhàng và dễ điều khiển. Bơm dầu trợ lực : Có tác dụng bơm dầu thủy lực vào bên trong hệ thống để tạo ra sự hỗ trợ lực.
Đường ống đi và về : Là nơi đưa dầu thủy lực đi vào bên trong hệ thống Nguyên lý làm việc : Dầu trợ lực được bơm dầu bơm đến van điều khiển dòng. Tai đây, tùy theo hướng quay của vô lăng quay sang trái hay sang phải mà van điều khiển dòng hướng dòng dầu sang khoang bên phải hay bên trái của xi lanh trợ lực. Áp suất dầu sẽ nâng lên trong một khoang của xi lanh và đẩy piston cùng thanh răng về hướng khoang còn lại để trợ lực lái. Dầu bên khoang còn lại sẽ theo đường hồi trở về bình dầu trợ lực.
9 CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 2. Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện Do yêu cầu tốc độ cao hơn, chất lượng cao hơn và yêu cầu năng lượng tiêu thụ ở phương tiện giảm, các phương tiện đang phát triển. Để đáp ứng các đòi hỏi này, nghiên cứu và phát triển đang tập trung vào việc cải thiện hệ thống điều khiển điện điện tử với mục đích cải thiện các chức năng và đặc điểm của nó. Để tạo cảm giác nhạy bén khi lái xe, hai đề xuất là đưa ra logic toán học và hệ thống lái chuyên sâu phù hợp với môi trường xe chạy bằng cách thay đổi các trợ lực để phù hợp với điều kiện giao thông hoặc bề mặt đường.
Khả năng phản ứng nhanh chóng của trợ lực lái là vấn đề chính. Nó tạo cảm giác cho người lái để chú ý đến những thay đổi do phản ứng lái gây ra. Do đó, hệ thống cung cấp cho người lái xe thông tin về điều kiện vận hành, chẳng hạn như sự biến đổi vận tốc và gia tốc, phản lực lái, không chỉ cải thiện mối quan hệ giữa người lái và phương tiện mà còn có thể tạo ra sự phù hợp giữa cảm giác của người lái và hệ thống lái, nhưng chức năng tự động bù khi phương tiện có những biến đổi do sự xáo trộn khiến hệ thống không đồng đều gây ra cũng có thể được giải quyết. Bằng cách cung cấp dòng điện trực tiếp từ mô tơ điện tới hệ thống lái, trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) là một hệ thống điện hoàn chỉnh giảm đáng kể sức cản hệ thống lái.
Cảm biến tốc độ, cảm biến lái (bao gồm mômen và vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một môtơ là các thành phần của thiết bị này. ECU nhận tín hiệu từ mỗi cảm biến và sử dụng chế độ điều khiển lái để điều khiển hoạt động của motơ trợ lực. Trợ lực lái thủy lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thủy lực và tạo momen thủy lực, do vậy làm tăng phụ tải động cơ, dẫn đến tốn nhiều nguyên liệu mà hệ thống trợ lực điện dùng mô tơ điện nên không cần công suất động cơ và dễ dàng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn Ta có hai kiểu bố trí mô tơ điện : Bố trí trên trục lái và trên cơ cấu lái 10 Hình 2. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái trợ lực điện 2.
Các bộ phận cơ bản của hệ thống lái trợ lực điện Các bộ phận chính của trợ lực lái điện bao gồm : Mô tơ điện một chiều, các cảm biến, ECU, hộp giảm tốc. Mô tơ điện Một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu được gắn với bộ truyền động của trợ lực lái. Dưới sự điều khiển của ECU, mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện phải tạo ra mô men trợ lực. Nó phải cung cấp lực xoắn và mô men xoắn mà không làm quay vô lăng.
Khi có sự cố, mô tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay. Cần xem xét rằng tay người lái trực tiếp nhận được lực xoắn và các dao động của mô tơ và mô men xoắn thông qua vành lái. Do vậy mô tơ điện có các đặc điểm: + Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản. + Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển.
+ Dao động và tiếng ồn nhỏ. + Lực quán tính và ma sát nhỏ. + Độ an toàn và độ bền cao.