Dhgtvt đồ án thiết kế hệ thống lái trên ford ranger wildtrak 2022

Đồ án thiết kế hệ thống lái cho Ford Ranger Wildtrak 2022, tối ưu hiệu suất và trải nghiệm lái, nâng cao tính an toàn và tiện ích.

• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Cơ khí ô tô
• Đề tài: Thiết kế hệ thống lái dựa trên xe Ford Ranger Wildtrak 2022
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Hệ Thống Lái Ford Ranger Wildtrak 2022

Hệ thống lái là một trong những thành phần quan trọng nhất của xe Ford Ranger Wildtrak 2022, đảm bảo khả năng điều khiển hướng di chuyển của phương tiện một cách an toàn và hiệu quả. Đối với xe bán tải Ford Ranger Wildtrak 2022, hệ thống lái được thiết kế với mục đích cung cấp sự điều khiển dễ dàng, chính xác và an toàn cho người lái xe trong mọi điều kiện sử dụng. Thiết kế hệ thống lái hiện đại không chỉ tập trung vào chức năng điều hướng cơ bản mà còn phải đảm bảo tính tiện nghi, độ bền và khả năng bảo trì lâu dài. Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần phức tạp, từ vành lái, trục lái, cho đến cơ cấu lái và hệ thống trợ lực điện. Việc thiết kế hệ thống lái cho Ford Ranger Wildtrak 2022 cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật cao nhất, đảm bảo tính quay vòng chính xác của các bánh xe dẫn hướng.

1.1. Công Dụng và Phân Loại Hệ Thống Lái

Công dụng chính của hệ thống lái là điều khiển hướng di chuyển của xe. Hệ thống lái được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm: trợ lực lái điện (EPS), trợ lực lái thủy lực, và lái không trợ lực. Đối với Ford Ranger Wildtrak 2022, trợ lực lái điện được sử dụng để cải thiện tính tiện nghi và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống lái hiện đại cũng có thể tích hợp các tính năng nâng cao như lái tích cực hoặc lái 4 bánh.

1.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Đối Với Hệ Thống Lái

Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống lái rất nghiêm ngặt, bao gồm: độ chính xác điều khiển, độ bền của các linh kiện, khả năng trợ lực thích hợp, và an toàn trong mọi tình huống. Thiết kế hệ thống lái phải đảm bảo rằng lực tác dụng lên vành lái không vượt quá giới hạn cho phép, đồng thời phải có momen cản quay phù hợp. Hệ thống lái cũng cần có khả năng dẫn hướng chính xác khi xe quay vòng.

II. Cấu Trúc và Nguyên Lý Hoạt Động Hệ Thống Lái

Cấu trúc hệ thống lái của Ford Ranger Wildtrak 2022 bao gồm nhiều bộ phận chính được kết nối với nhau một cách hợp lý. Từ vành lái cho đến bánh xe dẫn hướng, mỗi thành phần đều đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều khiển. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái dựa trên sự truyền lực từ vành lái qua trục lái và cơ cấu lái để thay đổi hướng của bánh xe. Cơ cấu lái thường sử dụng bánh răng-thanh răng hoặc trục vít để chuyển đổi chuyển động quay của vành lái thành chuyển động tuyến tính của đòn kéo ngang. Trợ lực lái điện giúp giảm bớt lực cần thiết từ người lái, làm cho việc điều khiển xe trở nên dễ dàng hơn, đặc biệt là khi xe đang dừng hoặc chạy với tốc độ thấp.

2.1. Các Bộ Phận Chính của Hệ Thống Lái

Hệ thống lái bao gồm: vành lái, trục lái, cơ cấu lái, dẫn động lái, hệ thống trợ lực lái, và bánh xe dẫn hướng. Mỗi bộ phận có chức năng riêng, từ tiếp nhận lệnh điều khiển từ người lái đến truyền động lực tới bánh xe. Vành lái là nơi người lái tác dụng lực, trục lái truyền chuyển động, và cơ cấu lái là nơi chuyển đổi chuyển động.

2.2. Nguyên Lý Làm Việc của Trợ Lực Lái Điện

Trợ lực lái điện (EPS) hoạt động dựa trên việc cảm biến lực tác dụng lên vành lái và tốc độ xe. Motor điện sẽ cung cấp lực trợ giúp sao cho lực cần thiết từ người lái được giảm bớt một cách hợp lý. Hệ thống EPS cung cấp trợ lực cao hơn khi xe chạy chậm và giảm trợ lực khi xe chạy nhanh, tối ưu hóa tính an toàn và hiệu suất.

III. Thiết Kế Cơ Cấu Lái cho Ford Ranger Wildtrak 2022

Thiết kế cơ cấu lái cho Ford Ranger Wildtrak 2022 yêu cầu tính toán kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật của xe. Cơ cấu lái cần được chọn sao cho phù hợp với kích thước, khối lượng và mục đích sử dụng của xe bán tải. Hình thang lái phải đảm bảo rằng các góc quay bánh xe tuân theo quy luật Ackermann để tránh trượt bánh khi quay vòng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy của hướng lái và lực cần thiết từ người lái. Momen cản quay phải được tính toán chính xác để đảm bảo rằng lực cực đại tác dụng lên vành lái không vượt quá giới hạn an toàn. Việc chọn vật liệu cho các bộ phận của cơ cấu lái rất quan trọng, đòi hỏi sử dụng các loại thép có độ bền cao.

3.1. Các Thông Số Cơ Bản và Tính Toán

Thông số cơ bản của Ford Ranger Wildtrak 2022 bao gồm chiều dài cơ sở, chiều rộng vết bánh, và khối lượng xe. Tỷ số truyền được xác định dựa trên yêu cầu của hình thang lái. Momen cản quay được tính từ lực ma sát tại bánh xe và các yếu tố khác. Lực cực đại tác dụng lên vành lái cần được kiểm chứng để đảm bảo an toàn.

3.2. Tính Bền và Kiểm Nghiệm

Kiểm nghiệm bền của cơ cấu lái bao gồm tính toán bền bánh răng-thanh răng, bền trục lái, và bền dẫn động lái. Thiết kế phải đảm bảo rằng không có bộ phận nào bị hỏng hóc dưới các điều kiện sử dụng thường xuyên. Hệ số an toàn được áp dụng cho tất cả các tính toán để đảm bảo độ tin cậy lâu dài.

IV. Thiết Kế Hệ Thống Trợ Lực Lái Điện

Hệ thống trợ lực lái điện (EPS) là một thành phần thiết yếu trong thiết kế hệ thống lái hiện đại cho Ford Ranger Wildtrak 2022. Trợ lực lái điện sử dụng motor điện để cung cấp lực trợ giúp, thay vì sử dụng trợ lực thủy lực truyền thống. Hệ thống EPS có nhiều ưu điểm như tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải, và cung cấp trợ lực linh hoạt theo điều kiện lái. Thiết kế trợ lực lái cần xác định công suất motor điện, đặc tính điều khiển, và cách tích hợp motor vào cơ cấu lái. Hệ thống điều khiển phải có khả năng phản ứng nhanh và chính xác với các thay đổi của điều kiện lái. Cảm biến lực sẽ phát hiện lực tác dụng lên vành lái và gửi tín hiệu tới bộ điều khiển để xác định mức độ trợ lực cần thiết.

4.1. Thiết Kế Motor Điện và Bộ Điều Khiển

Motor điện được chọn sao cho có công suất phù hợp với momen trợ lực cần thiết. Bộ điều khiển (ECU) nhận tín hiệu từ các cảm biến và tính toán giá trị dòng điện cần cấp cho motor. Đặc tính điều khiển được lập trình sao cho motor cung cấp lực trợ mượt mà và phù hợp với tốc độ và lực tác dụng.

4.2. Đặc Tính Lái và Hiệu Suất

Đặc tính lái của hệ thống EPS được xây dựng dựa trên các thử nghiệm và tính toán lý thuyết. Hiệu suất của trợ lực lái điện phải đáp ứng các yêu cầu về mức độ trợ lực, tốc độ đáp ứng, và độ ổn định. Hệ thống cần được kiểm chứng để đảm bảo rằng nó hoạt động chính xác trong mọi tình huống lái.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG LÁI 1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống lái 1. Công dụng Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của ô tô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng, với nhiệm vụ thay đổi hoặc giữ nguyên hướng chuyển động theo ý muốn của người lái. Hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao, do đó chúng không ngừng được hoàn thiện theo thời gian. Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành lái), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái), cơ cấu lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mô men lớn hơn tới các thanh dẫn động lái), và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng).

Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của từng loại xe. Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực, đồng thời để quay vòng được thì cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên bánh xe. Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng quay trên những đường tròn đồng tâm với nhau, đó là tâm quay tức thời khi quay vòng. Phân loại Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ô tô: Phân loại theo phương pháp chuyển hướng ( Chuyển hướng hai bánh xe cầu trước, chuyển hướng tất cả các bánh xe); Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực (Hệ thống lái cơ khí, hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thủy lực hoặc bằng khí nén); Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái (Cơ cấu lái kiểu trục vit lõm –con lăn; cơ cấu lái kiểu trục vít – răng rẻ quạt và trục vít đai ốc, cơ cấu lái kiểu trục vít – thanh răng, cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng, cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn) Phân loại theo bố trí vành lái (Bố trí vành lái bên phải, bố trí vành lái bên trái); Phân loại theo kết cấu đòn dẫn động (Dẫn động lái một cầu, dẫn động lái hai cầu) 1.

Yêu cầu đối với hệ thống lái An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ô tô là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện hiện nay. Một trong 9 các hệ thống quyết định đến tính toán và ổn định chuyển động của ô tô là hệ thống lái. Để đảm bảo tính êm dịu chuyển động, hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau: Hệ thống lái phải đảm bảo dễ dàng điều khiển, nhanh chóng và an toàn; Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng; Đảm bảo khả năng quay vòng hẹp dễ dàng; Đảm bảo lực lái thích hợp; Hệ thống lái không được có độ dơ lớn.; Đảm bảo khả năng quay vòng bị động của xe; Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe; Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa góc quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng; Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều khiển ô tô. Vấn đề vòng quay của xe, dẫn hướng của xe 1.

Vấn đề quay vòng của xe Có nhiều phương pháp để quay vòng đối với ô tô. Cụ thể là: Quay vòng nhờ điều khiển các bánh xe dẫn hướng. Tùy theo loại ô tô, số bánh xe dẫn hướng có thể từ 1 – 4 bánh. Thông thường đối với các loại xe du lịch, xe tải nhỏ, trung bình thì sử dụng hai bánh trước dẫn hướng.

Còn đối với xe có tải trọng lớn, Xe con có tính năng thông qua cao thì sử dụng 4 bánh xe dẫn hướng. Quay vòng bằng cách bẻ gẫy thân xe. Không có bánh xe dẫn hướng, khi quay vòng nhờ khớp nối giữa thân xe là khớp động di chuyển, làm tâm quay vòng chuyển hướng. Quay vòng nhờ lực kéo trên các bánh chủ động khác nhau.

Quay vòng máy kéo loại bánh xích có hai loại: Loại cơ cấu quay vòng với một dòng công suất đến các bánh chủ động và loại có hai dòng công suất đến bánh chủ động; Loại máy kéo bánh xích quay vòng nhờ lực kéo trên các bánh chủ động khác nhau. Vấn đề dẫn hướng của xe Dựa vào nhiều yếu tố như điều kiện khai thác kĩ thuật, thời tiết, khí hậu vv. mà người ta thiết kế các xe có hệ thống lái khác nhau. Xe có số cầu dẫn hướng từ 1 – 2 cầu.

Xe có một cấu dẫn hướng: thường sử dụng với các xe ô tô du lịch, ô tô thường, ô tô có tải trọng nhỏ. Xe có hai cầu dẫn hướng: Thường ứng dụng với các xe ô tô tải cỡ trung bình, cỡ lớn và có tính năng thông qua cao. Các góc đặt bánh xe dẫn hướng Mặt phảng quay của bánh xe dẫn hướng của ô tô thường không nằm trong mặt phẳng góc với mặt đường, mà được bố trí lệch ra phía ngoài một góc α , gọi là góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng.1: Góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng Góc này có tác dụng sau: Tránh cho các bánh xe dẫn hướng nghiêng vào trong, do đó tác dụng của tải trọng phần trước ô tô, khi các ổ đỡ của trụ quay đứng và vòng bi moay ơ bánh xe dẫn hướng bị mòn. Giảm cánh tay đòn a của phản lực tiếp tuyến đối với trụ quay, do đó giảm được tải trọng của hệ thống truyền động lái và lực điều khiển vành lái của người lái xe khi quay vòng ô tô.

Tuy nhiên khi đặt bánh xe dẫn hướng sẽ tồn tại một số vấn đề sau đây: Làm tăng góc lệnh δ của bánh xe khi phản lực ngang của đường có chiều ngược lại với chiều nghiêng của bánh xe và làm tăng lực cản lăn. Bánh xe có khuynh hướng lăn theo một cung tròn tâm O, trong khi nó bắt buộc phải chuyển động tịnh tiến theo tốc độ của xe. Vì vậy ở khu vực tiếp xúc của bánh xe và mặt đường sẽ xuất hiện hiện tượng trượt ngang của lốp.2: Góc nghiêng ngang α và khuynh hướng lăn tự do của bánh xe dẫn hướng Để khắc phục tình trạng này, người ta còn đặt bánh xe dẫn hướng theo một độ chụm. Độ chụm: Được xác định bằng hiệu số khoảng cách A và B giữa phía trước và phía sau của hai bánh xe dẫn hướng.

Chọn đúng mối tương quan giữa góc nghiêng ngang và độ chụm thì hiện tượng trượt ngang sẽ không còn tồn tại. Và tránh được sự mài mòn của lốp xe do hiện tượng này gây lên.3: Độ chum của bánh xe dẫn hướng 12 1. Cấu tạo chung của hệ thống lái Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái 1: Vành lái; 2: Trục lái; 3: Cơ cấu lái; 4: Đòn quay đứng; 5: Thanh kéo dọc; 6: Đòn quay ngang; 7: Hình thang lái. * Nguyên lý làm việc: khi đánh lái, người lái tác động lên vành tay lái (1) qua 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 các 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. a) Vành lái: Vành lái có dạng hình tròn, có các gân nan hoa bố trí quanh vành trong của vành tay lái. Để quay vòng xe, người lái cần tác dụng một lực lên vô lăng để tạo ra mô mem quay vòng, khi đó hệ thống lái sẽ làm việc.

13 b) Trục lái: Có nhiệm vụ truyền mô men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái chính, có thể truyền chuyển động quay vô lăng xuống cơ cấu lái. Đầu phía trên của trục lái chính được gia công ren và lỗ lắp then hoa để lắp then hoa lên đó và được giữ chặt bằng một đai ốc. c) Cơ cấu lái: Là một giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các bánh xe dẫn hướng, chúng có chức năng giảm lực đánh lái bằng cách tăng mô men đầu ra.

Tỷ số giảm tốc được gọi là tỷ số truyền của cơ cấu lái và thường bằng 21 – 25 đồi với xe tải. d) Dẫn động lái: Bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến trục đứng của bánh xe. Vì vậy nó cần đảm bảo các chức năng sau: Nhận chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng. Đảm bảo quay vòng các bánh xe dẫn hướng sao cho không sẩy ra hiện tượng trượt ở tất cả các bánh xe dẫn hướng, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng.

Phần cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái được tạo bởi cấu trước, đòn ngang và đòn dọc. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng đi một góc, các bánh xe dẫn động cũng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình thang lái có thể bố trí hoặc sau cầu dẫn hướng, tùy theo bố trí chung của từng xe. * Quan hệ hình học Ackerman: Là quan hệ biểu thị góc quay của bánh xe dẫn hướng quanh trục trụ đứng, với giả thiết tâm quay vòng của xe nằm trên đường kéo dài của tâm trục cầu sau.5: Sơ đồ quan hệ hình thang lái - Để thỏa mãn điều kiện không bị trượt bánh xe sau thì tâm quay vòng phải nằm trên đường kéo dài của tâm cầu sau, mặt khác các bánh xe dẫn hướng phải quay theo các góc α (đối với bánh xe ngoài), β (đối với bánh xe trong).

Quan hệ hình học được xác định theo công thức: B cot α - cot β = # ( 1.1 ) L Trong đó: B: là khoảng cách của hai đường tâm trụ đứng trong mặt phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường; L: Là chiều dài cơ sở của xe. Công dụng Giảm nhẹ sức lao động của người lái trong việc điều khiển hướng chuyển động của xe ô tô, đặc biệt đối với những xe có tải trọng lớn có mô men cản quay vòng lớn. Trợ lực lái còn có ý nghĩa nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố sẩy ra ở các bánh xe (nổ lốp, áp suất lốp quá thấp…) và giảm tải trọng va đập truyền lên vành lái, tăng tính tiện nghi và êm dịu trong điều khiển nên được sử dụng nhiều trên các xe du lịch. Hệ thống lái có trợ lực có các loại: Thủy lực, khí nén, điện, cơ khí.

Loại trợ lực thủy lực với kết cấu nhỏ gọn được sử dụng nhiều hơn cả. Lực lái có thể được giảm bằng nhiều cách khác nhau, có thể tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái.