CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về hệ thống trợ lực lái Hệ thống lái trợ lực được coi là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô. Hệ thống lái trợ lực mang lại sự thuận tiện cho tài xế bằng việc tối ưu lực điều khiển vô lăng. Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe.
Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau: - Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái. - Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng. - Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài.
Trên các xe cỡ nhỏ có thể không có Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên dường dài. Khái quát về hệ thống trợ lực 1. Vai trò của trợ lực lái. Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên dường dài.
Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái. Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đồi hay duy trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng với các hệ thống điều khiển khác thực hiện điều khiển ô tô và đóng góp vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động. Hệ thống lái bao gồm các cụm và chi tiết từ cơ cấu điều khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiền hướng chuyển động toàn xe.
Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn. Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái. Tuy nhiên việc đó lại đòi hỏi phải quay vành lái nhiều hơn khi xe quay vòng dẫn đến không thể thực hiện được 2 SVTH: Lê Doãn Thành, Trần Văn Dũng GVHD: Th.S Đỗ Phú Ngưu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện việc vòng ngoặt gấp.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi vẫn chỉ cần lực lái nhỏ, cần phải có trợ lực lái. Yêu cầu *Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau: - Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: + Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực). + Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt. + Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé. - Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe. 3 - Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật. - Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành: 3 SVTH: Lê Doãn Thành, Trần Văn Dũng GVHD: Th.S Đỗ Phú Ngưu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện + Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150 200 N; + Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng. *Yêu cầu đối với hệ thống lái có trợ lực - Đảm bảo tính tùy động - Trợ lực lái phải có lực điều khiển trên vành tay lái đủ nhỏ để giảm cường độ lao động nhưng cũng đủ gây cảm giác điều khiển cho người lái. - Khi hệ thống trợ lực lái hỏng thì hệ thống lái vẫn điều khiển được như hệ thống lái cơ khí thông thường; - Kết cấu hệ thống trợ lực phải đơn giản, dễ chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa. Phân loại hệ thống lái Có rất nhiều hệ thống lái khác nhau như Hệ thống lái thuần cơ khí, Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS-Hydraulic Power Steering), Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử (EHPA), hệ thống lái trợ lực điện EPS.
Trong đó thì hệ thống lái trợ lực được phân thành hai loại chính đó là hệ thống lái trợ lực thủy lực và hệ thống lái trợ lực điện. Hệ thống lái trợ lực thủy lực Hệ thống lái trợ lực thủy lực hay còn được gọi là hệ thống trợ lực lái dầu. Trong một hệ thống lái trợ lực thủy lực, nỗ lực cần thiết để quay bánh xe của xe bằng cách quay vô lăng được giảm bớt với sự trợ giúp của thủy lực. Hệ thống lái trợ lực thủy lực [2] 4 SVTH: Lê Doãn Thành, Trần Văn Dũng GVHD: Th.S Đỗ Phú Ngưu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện Ưu và nhược điểm của trợ lực dầu Ưu điểm được nhắc đến đầu tiên đó là chi phí sản xuất thấp.
Do đã xuất hiện và được kiểm chứng từ rất lâu trên mọi thị trường về các kết cấu có cơ khí có độ tin cậy cao, tuổi thọ cao và rất ít khi bị hư hỏng. Bên cạnh đó, những ưu điểm dưới đây giúp trợ lực lái thủy lực vẫn đang tồn tại. Trong quá trình lái, tài xế có thể dễ dàng cảm nhận được lực phản hồi truyền ngược lên vô lăng. Hệ thống trợ lực này ít bị hỏng hóc nên chi phí bảo dưỡng cũng rất thấp.
Nhược điểm lớn nhất của loại trợ lực lái này là khi di chuyển với vận tốc cao cần công suất lớn, khi áp lực dầu lớn thì tay lái cũng trở nên nhạy quá mức cần thiết. Ngoài ra, hệ thống trợ lực lái thủy lực có cấu tạo gồm các bộ phận kích thước không nhỏ nên chiếm khá nhiều không gian. Việc duy trì trạng thái hoạt động liên tục cũng khiến nhiên liệu bị tiêu hao nhiều. độ chính xác không cao.
Dầu trợ lực lái cũng là một tác nhân gây ô nhiễm môi trường. Hệ thống lái trợ lực điện Trên ô tô và các phương tiện cơ giới khác, hệ thống trợ lực lái giúp người lái điều khiển phương tiện bằng cách tăng thêm lực đánh lái cần thiết để quay vô lăng, giúp xe quay đầu, chuyển hướng hoặc điều khiển dễ dàng hơn. Hệ thống lái trợ lực bổ sung mô-men xoắn mà người lái tác dụng cho vô lăng. Hệ thống lái trợ lực truyền thống là hệ thống thủy lực, nhưng hệ thống lái trợ lực điện (EPS) đang trở nên phổ biến hơn nhiều.
EPS loại bỏ nhiều thành phần như bơm thủy lực, ống mềm (ống dầu thủy lực), chất lỏng (dầu trợ lực), dây đai truyền động và ròng rọc. Vì lý do này, hệ thống lái trợ lực điện có xu hướng nhỏ hơn và nhẹ hơn hệ thống thủy lực. Hệ thống lái là một trong 7 hệ thống cơ bản cấu thành nên ô tô. Chính vì vậy hệ thống lái có vai trò khá quan trọng trong ô tô.
Hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering – EPS) hay còn gọi là Trợ lực lái dẫn động bằng động cơ (Motor-Driven Power Steering – MDPS) sử dụng động cơ điện để hỗ trợ người lái xe khi ađánh lái. Hệ thống bao gồm động cơ điện dẫn động, các cảm biến, mô-đun điều khiển và hệ thống lái cơ bản (cơ khí). Hệ thống lái là một trong 7 hệ thống cơ bản cấu thành nên ô tô. Chính vì vậy hệ thống lái có vai trò khá quan trọng trong ô tô.
Hệ thống lái có nhiệm vụ điều khiển bánh xe chuyển hướng theo mong muốn chuyển hướng lái của tài xế. Chính vì vậy, việc hệ thống lái hoạt động không tối ưu. Nghiêm trọng hơn là mất lái vô cùng nguy hiểm cho người vận hành ô tô. 5 SVTH: Lê Doãn Thành, Trần Văn Dũng GVHD: Th.S Đỗ Phú Ngưu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện Có rất nhiều hệ thống lái khác nhau như Hệ thống lái thuần cơ khí, Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS-Hydraulic Power Steering), Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử (EHPA), nhưng hiện nay hệ thống lái trợ lực điên EPS được xem là an toàn và đơn giản nhất.
Hệ thống lái trợ lực điện [3] Hệ thống lái là một trong 7 hệ thống cơ bản cấu thành nên ô tô. Chính vì vậy hệ thống lái có vai trò khá quan trọng trong ô tô. Hệ thống lái có nhiệm vụ điều khiển bánh xe chuyển hướng theo mong muốn chuyển hướng lái của tài xế. Chính vì vậy, việc hệ thống lái hoạt động không tối ưu.
Nghiêm trọng hơn là mất lái vô cùng nguy hiểm cho người vận hành ô tô. Có rất nhiều hệ thống lái khác nhau như Hệ thống lái thuần cơ khí, Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS-Hydraulic Power Steering), Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử (EHPA), nhưng hiện nay hệ thống lái trợ lực điên EPS được xem là an toàn và đơn giản nhất. Hệ thống lái trợ lực điện EPS được sử dụng phổ biến như hiện nay 1 phần là do sự linh hoạt trong việc điều khiển lực của trợ lực lái. Nếu như nói hệ thống lái trợ lực thủy lực có một nhược điểm vô cùng lớn đó chính vô lăng bị mất cảm giác lái ở tốc độ cao do mực dầu trong 6 SVTH: Lê Doãn Thành, Trần Văn Dũng GVHD: Th.