CHƯƠNG 1: KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ 1. Công dụng, phân lại yêu cầu 1. Công dụng - Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển dộng của ô tô (thay đổi hay duy trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng với hệ thống điều 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.
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 mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái), và các thanh dẫn động lái (truyền chuyển động lái tới các bánh xe dẫn hướng). - Kết cấu lái phụ thuộc và cơ cấu chung của từng lại xe. - Để quay vòng thì người lái tác động vào vô lăng một lực, đông thời để quay vòng 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 quy tức thời khi quay vòng.
- Nguyên lý điều khiển hướng chuyển động của ô tô thông dụng: 1.1 Nguyên lý cơ sở của sự quay vòng ô tô Trong đó: 1 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: LÊ VĂN NAM P: Tâm quay vòng ủa ô tô. V: Chiều chuyển động của ô tô. O: Tâm trụ đứng bánh xe dẫn hướng. 𝜔: Vận tốc quay thân xe.
𝑡𝑔𝛼 𝐿 𝑉1𝑛 ,𝑉1𝑡 : Vận tốc dài các bánh xe trước. 𝑉2𝑛 ,𝑉2𝑡 : Vận tốc dài các bánh xe sau. 𝐿 Bánh kính quay vòng nhỏ nhất: R = 𝑡𝑔𝛼 + Ô tô thông dụng sữ dụng phương pháp quay các bánh xe cầu trước xung quanh trụ đứng O để quay vòng ô tô như trên hình 1. Tại một thời điểm nhất định, sự quay cơ bản cần được thực hiện sao cho véctơ vận tốc dài của các bánh xe lăn trên nền có cùng tâm quay P.
Tâm quay P nằm trên đường kéo dài của trục ngang cầu sau và các bánh xe cầu trước được điều khiển bởi vành lái quay với các góc khác nhau xung quanh tâm quay P. + Trong thực tế, bánh xe được điều khiển từ vành lái và quay xung quanh tâm trụ đứng (quanh điểm O) nhằm thoả mãn sự hình thành tâm tâm quay tức thời P của ô tô. Thực hiện điều kiện này giúp cho các bánh xe không bị trượt bên, điều khiển hướng chuyển động của ô tô theo ý muốn của người lái. Lưu ý: Các bánh xe dẫn hướng và không dẫn hướng đều tham gia vào quá trình điều khiển hướng chuyển động của ô tô.
Quá trình điều khiển chỉ có hiệu quả khi bánh xe lăn và tiếp xúc với mặt đường. Khi bánh xe dẫn hướng bị nhấc khỏi mặt đường, ô tô có thể mất khả năng chuyển hướng. Yêu cầu của hệ thống lái - An toàn chuyển dộng 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 các hệ thống quyết định đến tính toàn 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: 2 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: LÊ VĂN NAM + Giữ chuyển động thẳng ổn định. Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăngở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 15° khi có trợ lực và không lớn hơn 5° khi không có trợ lực) + Quay vòng ngoặt trên diên tích bé, thời gian ngắn. + Động lực học quay vòng phải đúng, để các bánh xe không bị trượt. + Lực trên vành lái phù hợp với khả năng điều khiển của người sữ dụng.
+ Độ rơ vành lái ko quá lớn. + Giảm va đập từ mặt đường lên vô lăng. + Hạn chế ảnh hưởng của hệ thống treo và hệ thống lái, nhằm đảm bảo khả năng điều khiển hướng của ô tô khi hoạt động trên đường xấu. + Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe.
+ Không đòi hỏi người lái xe một cường độ lao động quá lớn khi điều khiển xe ô tô. Phân loại - Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng: + Các bánh dẫn hướng ở cầu trước. + Các bánh dẫn hướng ở cầu sau. + Các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.
- Phân loại hệ thống lái theo kiểu truyền lực: + Hệ thống lái cơ khí. + Hệ thống lái có trợ lực( bằng thuỷ lực, bằng khhis nén,…). - Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái: + Cơ cấu lái loại trục vít – bánh vít. + Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng.
+ Cơ cấu lái loại trục vít – con lăn. + Cơ cấu lái loại trục vít- chốt quay. + Cơ cấu lái loại liện hợp ( trục vít, ê cu, cung răng). 3 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: LÊ VĂN NAM + Cơ cấu lái loại bánh răng – thanh răng.
- Phân loại theo bố trí vành lái: + Bố trí vành lái bên trái ( theo luật đi đường lên phải) + Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).2 Kết cấu hệ thống lái - Nguyên lý hoạt động: Khi đánh lái người lía tác động lên vành lái (1), qua trục lái (2) đến cơ lái (3). Chuyển động từ cơ cấu lái đưa đến bộ phận dẫn động lái thông qua đòn quay đứng (4). Dẫn động lái gòm đòn kéo dọc (5), đòn quay ngang (6) và hình thang lái số 7.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái cơ khí 1. 5 Thanh kéo dọc.
- Tỷ số truyền hệ thống lái liên quan đến việc giảm nhẹ lực trên vành lái và góc quay vành lái lớn nhất tính từ vị trí ô tô đi thẳng tới vị trí ô tô quay vòng gấp. Nếu tỷ số truyền hệ thống lái lớn thì khả năng giảm nhẹ lực vành tay lái, nhưng góc quay vành tay lái sẽ lớn và ngược lại. 4 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: LÊ VĂN NAM - Độ rơ vành lái là chỉ tiêu an toàn quan trọng. Độ rơ càng nhỏ càng tốt tuy nhiên điều này khó thực hiện ngay ca khi hệ thống còn mới.
Sau thời gia sử dụng cá mat 1.1 Vành tay lái - Vành tay lái có dạng vành tròn là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác động trực tiếp của người lái và truyền vào hệ thống lái.2 Trục lái - Trục lái thường có dạng óng và đảm nhận việc truyền mômen từ vô lăng tới cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái chính có thể chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống trục dể lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
- Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và trục lái không thể thay đổi được góc nghiêng. - Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thêm một cơ cấu điều khiển như: Cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng truc lái để có thể diều chỉnh vị tró vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái. Khái Niệm - Cơ cấu lái là một bộ phận cơ bản của hệ thống lái, có nhiệm vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng, đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu, giảm nhẹ lực trên vành lái và tăng tính tiện nghi trong sữ dụng. Cơ cấu lái về bản chất là một hộp giảm tốc có nhiệm vụ tăng mômen từ vô lăng tới các bánh xe dẫn hướng (các thông số đặc trưng cho cơ cấu lái gồm tỷ số truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất ngịch).
- Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể không đổi hoặc thay đổi (tạo nên sự chênh lệch giữa góc quay vô lăng/góc quay trục đòn quay đứng). Phân tích tỷ số truyền cơ cấu lái thay đổi: 5 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: LÊ VĂN NAM + Khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với vận tốc cao, người lái đánh lái đánh lái gốc quay rất nhỏ, nên tỉ số truyền lớn giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng và tỉ số truyền lớn còn giúp làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên ô tô. + Ở các góc đánh lái lớn thì tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạt hơn, cho phép ô tô có thể quay vòng trong những chỗ hẹp , bán kính quay vòng nhỏ. - Hiệu suất cơ cấu lái thuận: Là hiệu suất tính theo lực truyền từ vô lăng tới bánh xe.
Hiệu suất càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, lái càng nhẹ hơn. - Hiệu suất nghịch: Là hiệu lực tính theo lực truyền từ bánh xe lên vô lăng, hiêu suất nghịch nhỏ thì lực va đập từ mặt đường truyền lên vô lăng giảm đi đáng kể. Tuy nhiên, nếu chọn hiệu suất nghịch quá bé thì vô lăng sẽ mất đi khả năng tự quay về vị trí trung gian nhở các mômen ổn định. Bởi vậy khi thiết kế nên chọn hiệu suất nghịch ở mức độ hợp lý.
Các yêu cầu của cơ cấu lái - Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo, chính vì vậy cơ cấu lái cần dảm bảo những yêu cầu sau: + Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe. + Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để giãm nhẹ lực lên vành lái. + Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết. + Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.
+ Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất trong giới hạn cho phép + Đảm bảo kết cấu đơn giản, giá thành thấp, tuổi thọ cao, chím ít không gian và dễ giàng tháo lắp. + Hạn chế va đập ngược từ bánh xe dẫn hướng lên vành lái. Lực dùng để quay vô lằng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt gía trị max khi xe đứng yên tại chỗ, giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt nhỏ nhất khi tốc độ của xe lớn nhất.