Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1 Nhiệm vụ - Yêu cầu - Phân loại hệ thống lái 1. Nhiệm vụ Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Bởi vậy chức năng của hệ thống lái là giữ nguyên hay thay đổi hướng chuyển động của xe theo ý muốn người điều khiển.2 Yêu cầu Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động của ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau: -Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé -Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái -Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng -Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng -Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái -Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
-Giữ chuyển động thẳng ổn định. -Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa 1.3 Phân loại - Theo cách bố trí vành lái + Hệ thống lái với bố trí bên trái + Hệ thống lái với bố trí bên phải -Theo số lượng cầu dẫn hướng +Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước. +Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau. 2 +Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.
-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 liên hợp (trục vít, êcu, cung răng). + Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng. -Theo đặc điểm truyền lực.
+ Hệ thống lái cơ khí + Hệ thống lái cơ khí có trợ lực (thủy lực, khí nén, điện). Kết cấu các hệ thống lái thường gặp trên ô tô 1. Hệ thống lái không có trợ lực a, Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái - Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái. Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái.
Ngoài ra 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 xúc01 với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn. Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái. b, Phân loại hệ thống trợ lực lái - Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối + Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến + Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh - Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực 3 + Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái.
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng. + Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực lực đặt thành cụm riêng, cơ cấu lái nằm riêng. + Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực, cơ cấu lái riêng biệt. - Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung.
Còn nguồn năng lượng là một bơm cánh gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai. c, Nguyên lý trợ lực lái - Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng.
Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu. - Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng). + Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển.
Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào. - Khi quay vòng.1: Sơ đồ nguyên lí trợ lực lái ở vị trí trung gian 4 + Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn. Vì vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu được tạo ra.
Như vậy tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston. Sự chênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển về bơm.2: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng 1. Hệ thống lái có trợ lực thủy lực Hình 1.3: Hệ thống lái trợ lực thủy lực 1.Van điều khiển 4.Xi lanh trợ lái 5 Các bộ phận chính của hệ thống lái có trợ lực gồm: bơm, van điều khiển, xilanh trợ lực, hộp cơ cấu lái (bót lái). Hệ thống lái sử dụng công suất động cơ để dẫn động cho bơm trợ lực tạo ra áp suất.
Khi xoay vô lăng sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển. Nhờ áp suất dầu này mà píttông trong xilanh trợ lực được đẩy đi và làm quay bánh xe dẫn hướng. Do vậy, nhờ áp suất dầu thuỷ lực mà lực đánh lái vô lăng sẽ giảm đi và không phải quay tay lái quá nhiều. Do yêu cầu của hệ thống phải tuyệt đối kín nên bạn cần định kỳ kiểm tra sự rò rỉ dầu để đảm bảo rằng hệ thống lái làm việc hiệu quả và an toàn.
* Các chi tiết chính của hệ thống + Bơm trợ lực lái Hầu hết sử dụng loại bơm cánh gạt để làm bơm trợ lực vì loại này có ưu điểm kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, phù hợp với hệ thống thuỷ lực yêu cầu áp suất không lớn. Bơm được dẫn động nhờ trục khuỷu của động cơ qua puly lắp ở đầu bơm để đưa dầu nén vào hộp cơ cầu lái. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ động cơ nhưng nhờ van điều chỉnh lưu lượng đưa dầu thừa trở lại đầu hút của động cơ mà dầu vào hộp cơ cấu không đổi, ổn định được lực đánh lái. Những loại bơm dẫn động nhờ trục khuỷu thường làm tăng phụ tải của động cơ dó đó hao tốn nhiên liệu.4: Bơm trợ lực lái Chính vì vậy, các nhà sản xuất đã chế tạo loại trợ lái thuỷ lực – điện EHPS (electro-hydraulic power steering) sử dụng mô tơ điện để tạo áp suất thuỷ lực, giảm lực cần thiết để điều khiển vô lăng, tiết kiệm nhiên liệu do giảm phụ tải động cơ.
Một ECU kiểm soát tốc độ quay mô tơ (lượng xả của bơm) theo các thông số như tốc độ xe và góc quay của vô lăng nhờ đó hệ thống hoạt động hiệu quả hơn. +Hoạt động của bơm: Trục bơm quay dẫn động cho rô to quay trong stato bơm (hay còn gọi là vòng cam) được gắn chắc với vỏ bơm. Trên rô to có các rãnh để gắn các cánh bơm. Do chu vi vòng ngoài của rô to hình tròn nhưng mặt trong của vòng cam hình ô van nên tồn tại một khe hở giữa rô to và vòng cam.
Cánh bơm sẽ ngăn cách khe hở này để tạo thành các buồng chứa dầu. Cánh bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của vòng cam bằng lực ly tâm và áp suất dầu tác động sau cánh bơm nên hình thành một phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất giữa cánh gạt và vòng cam khi bơm tạo áp suất dầu. Khi rô to quay thì dung tích buồng dầu tăng giảm liên tục. Hay nói cách khác, dung tích của buồng dầu tăng tại cổng hút, do vậy dầu từ bình chứa sẽ được hút vào buồng dầu từ cổng hút.
Ở cổng xả áp suất giảm do trước đó dầu được hút vào buồng này và bị ép qua cổng xả. Chu kỳ hút xả diễn ra trong mỗi vòng quay của trục rô to. Do có 02 cổng hút và 02 cổng xả nên dầu sẽ hút và xả 02 lần trong trong một chu kỳ quay của rô to. 7 - Van xoay Hình 1.5: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của van xoay 1.Trục van điều khiển 3.Từ bơm vào buồng xy lanh 8.Từ bình xy lanh vào buồng chứa Chuyển động quay của trục van điều khiển kiểu van quay tạo nên một giới hạn trong mạch thuỷ lực.
Khi vô lăng quay sang phải áp suất bị hạn chế tại các lỗ X và Y. Khi vô lăng quay sang trái trục van điều khiển tạo giới hạn tại X' và Y'. Khi vô lăng xoay thì trục lái quay, làm xoay trục vít qua thanh xoắn. Ngược lại với trục vít, vì thanh xoắn xoắn tỷ lệ với lực bề mặt đường, trục van điều khiển chỉ quay theo mức độ xoắn và chuyển động sang trái hoặc sang phải.
Do vậy tạo các lỗ X và Y (hoặc X' và Y') và tạo sự chênh lệch áp suất thuỷ lực giữa các buồng xi lanh trái và phải. Bằng cách này, tốc độ quay của trục van điều khiển trực tiếp làm thay đổi đường đi của dầu và điều chỉnh áp suất dầu. Dầu từ bơm trợ lực lái sẽ vào vòng ngoài của van quay và dầu chảy về bình chứa qua khoảng giữa thanh xoắn và trục van điều khiển. + Nguyên lý làm việc Khi xe quay vòng sang trái, thân van trong xoay sang trái mở đường dầu đi từ bơm tới vào khoang I của xylanh và mở đường dầu ở khoang II thông với đường dầu hồi về bình chứa, làm cho thanh răng dịch về bên trái đẩy bánh xe quay sang trái, thực hiện quay vòng sang trái.