Luận văn: Tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống trợ lực lái thủy lực

Luận văn thạc sĩ phân tích chi tiết về tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống trợ lực lái thủy lực, từ nguyên lý đến động lực học quay vòng.

• Tác giả: Đỗ Đắc Hoàng
• Người hướng dẫn: Ts. Lê Xuân Trường
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Tính Toán, Thiết Kế Và Kiểm Nghiệm Hệ Thống Thủy Lực Trợ Lực Lái Cho Phương Tiện Giao Thông
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Thống Trợ Lực Lái Thủy Lực Ô Tô

Hệ thống trợ lực lái thủy lực là một công nghệ quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại. Hệ thống này giúp giảm lực tác dộng lên vô lăng, nâng cao tính an toàn và tiện nghi khi lái xe. Trợ lực lái thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý truyền dẫn áp lực chất lỏng để hỗ trợ lực quay lái của tài xế. Các thành phần chính bao gồm bơm thủy lực, van phân phối, xi lanh lực và dầu thủy lực. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trên các phương tiện giao thông từ xe hạng nhẹ đến xe tải nặng. Việc tính toán và thiết kế hệ thống trợ lực lái đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về cơ học, thủy lực và kỹ thuật ô tô.

1.1. Cấu Tạo và Nguyên Lý Hoạt Động

Cấu tạo hệ thống trợ lực lái gồm các bộ phận chính: trục lái, hộp số lái, bơm thủy lực, van phân phối và xi lanh lực. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự chuyển đổi động năng từ bơm thành áp lực chất lỏng. Khi tài xế quay vô lăng, áp lực dầu tăng cao đẩy piston trong xi lanh, tạo lực hỗ trợ quay bánh xe. Van phân phối điều chỉnh dòng chảy dầu theo hướng quay, đảm bảo lực trợ lực cân bằng và hiệu quả.

1.2. Các Thông Số Cơ Bản Của Hệ Thống

Các thông số kỹ thuật quan trọng bao gồm: áp suất làm việc (200-250 bar), lưu lượng bơm (15-25 lít/phút), diện tích piston xi lanh và tỷ số truyền lái. Tỷ số truyền lái ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhạy của hướng lái. Các thông số này cần được tính toán chính xác để đảm bảo hiệu suất tối ưu và độ bền của hệ thống.

II. Phân Loại Hệ Thống Trợ Lực Lái Thông Dụng

Trên thị trường hiện nay, hệ thống trợ lực lái được phân loại thành ba dạng chính dựa trên phương pháp điều khiển và cấp năng lượng. Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại phương tiện khác nhau. Hệ thống trợ lực lái thủy lực không điều khiển điện tử là loại được sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt trên các xe cũ và xe tải. Hệ thống trợ lực lái có điều khiển điện tử là công nghệ mới hơn, cung cấp độ chính xác cao hơn và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn. Việc lựa chọn loại hệ thống phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu của phương tiện, chi phí sản xuất và các tiêu chuẩn an toàn.

2.1. Hệ Thống Lái Cơ Học Thông Thường

Hệ thống lái cơ học không có trợ lực, lực quay lái hoàn toàn phụ thuộc vào sức người. Cấu tạo đơn giản gồm vô lăng, trục lái, hộp số lái kiểu trục vít-bánh vít hoặc thanh-bánh răng. Ưu điểm: giá rẻ, bảo trì dễ, độ bền cao. Nhược điểm: lực lái nặng, mệt mỏi cho tài xế trong các điều kiện giao thông phức tạp.

2.2. Hệ Thống Trợ Lực Không Điều Khiển Điện Tử

Trợ lực lái thủy lực thông thường sử dụng bơm cơ học được truyền động trực tiếp từ động cơ. Bơm hoạt động liên tục, cấp dầu có áp lực đến van phân phối. Ưu điểm: lực lái nhẹ, hiệu quả cao. Nhược điểm: tiêu hao nhiên liệu, phát sinh nhiệt. Công nghệ này vẫn được dùng rộng rãi trên các phương tiện thương mại.

2.3. Hệ Thống Trợ Lực Điều Khiển Điện Tử

Hệ thống trợ lực lái điều khiển điện tử sử dụng bơm thủy lực được kích hoạt bởi động cơ điện. Bộ cảm biến đo lực quay lái, tốc độ xe để điều chỉnh lực trợ lực tối ưu. Ưu điểm: tiết kiệm nhiên liệu 5-10%, độ chính xác cao, tích hợp các chức năng an toàn. Nhược điểm: giá thành cao, phức tạp, yêu cầu bảo trì chuyên biệt.

III. Tính Toán và Thiết Kế Các Thành Phần Chính

Tính toán thiết kế hệ thống trợ lực lái là quá trình quan trọng xác định kích thước và tham số của các bộ phận. Quá trình này bắt đầu từ phân tích lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với loại phương tiện. Tiếp theo là tính toán động học học hệ thống lái để xác định lực cần thiết. Tính toán cường hóa lái xác định lực trợ lực tối ưu. Tính toán xi lanh lực dựa trên áp suất làm việc và diện tích piston. Xác định năng suất của bơm thủy lực dựa vào lưu lượng cần thiết. Cuối cùng, tính toán các chi tiết của van phân phối để đảm bảo điều chỉnh dầu chính xác và an toàn.

3.1. Tính Toán Động Học Hệ Thống Lái

Tính toán động học xác định quan hệ giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe. Sử dụng các công thức kinematic để tính toán tỷ số truyền và lực tác dộng. Các thông số cần tính toán bao gồm gia tốc quay, vận tốc góc và momen xoắn. Kết quả giúp thiết kế hệ thống sao cho lực lái phù hợp với cảm nhận và yêu cầu kiểm soát của tài xế.

3.2. Tính Toán Xi Lanh Lực và Bơm Thủy Lực

Xi lanh lực được tính toán dựa trên công thức: Lực = Áp suất × Diện tích piston. Bơm thủy lực được chọn dựa trên lưu lượng cần thiết (Q = Lưu lượng = Dung tích × Tốc độ quay). Áp suất làm việc thường từ 200-250 bar tùy loại xe. Tính toán cần xem xét các yếu tố như ma sát, độ rò rỉ và hiệu suất.

IV. Đánh Giá Động Lực Học Quay Vòng và Kiểm Nghiệm Hệ Thống

Đánh giá động lực học quay vòng ô tô là bước kiểm định quan trọng sau khi thiết kế hoàn thành. Quá trình này xây dựng phương trình động lực học khi xe thực hiện chuyển động quay vòng. Tính điều khiển tĩnh xác định khả năng kiểm soát lái ở tốc độ thấp, trong khi tính điều khiển động đánh giá ở điều kiện giao thông thực tế với tốc độ cao. Các yếu tố như góc Camber, góc Caster và góc Kingpin ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính lái xe. Kiểm nghiệm hệ thống bao gồm thử nghiệm áp suất, kiểm tra độ rò rỉ, đo lực lái và đánh giá hiệu suất trong các điều kiện khác nhau. Kết quả kiểm nghiệm phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn quốc tế.

4.1. Phương Trình Động Lực Học Quay Vòng

Phương trình động lực học mô tả chuyển động quay vòng của xe dựa trên lực tác dộng, khối lượng và gia tốc. Các biến số chính bao gồm góc quay bánh xe, vận tốc, gia tốc góc. Tính toán phải xem xét lực phản lực lái từ mặt đường, độ bám lốp và điều kiện tải xe. Phương trình này giúp dự đoán hành vi xe trong các tình huống quay vòng khác nhau.

4.2. Kiểm Nghiệm và Tiêu Chuẩn An Toàn

Kiểm nghiệm hệ thống tuân theo các tiêu chuẩn như ISO 3469, ISO 4949. Các bài kiểm tra bao gồm: đo lực lái (3-6 kg), kiểm tra độ phản hồi (response time < 300ms), kiểm tra rò rỉ dầu (< 5ml/phút). Thử nghiệm thực địa trên các loại đường khác nhau đánh giá hiệu suất thực tế. Kết quả phải ghi chép chi tiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I. Tổng quan vẻ hệ thống lái ol 1. Nhiệm vụ yêu câu và phần loại Ø1 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt đông chíng của Lệ thông lái @ 1.

Các bộ phận chính của hệ thông lái 91 1. Các thông số cơ bản của hệ thống lái Chương TT. Mội số hệ thống lái thông dụng 2. Lệ thống lái cơ khi thông thường không trợ lực 2.

Hệ thống lái có trợ lực không điều khiển điện tử 2. Hệ thống lái trợ lực điều khiến điện Lữ Chương II. Tinh toán thiết kế trợ lực lái 3. Nguyên lý trợ lực 3.

Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 3. Tính toàn động kực học hệ thống, lái 3. Tĩnh toán cường hóa lái 3. Tĩnh toán xy lanh lực 3.

Xác định năng suất của bom 3. Tĩnh Loám các chỉ tiết của van phân phối 63 Chương IV. Đảnh giá động lực học quay vòng ô tô 66 4. Phương trình quay vòng ö tô hai cầu 66 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4,2.

Đánh giá động lực học quay vòng dóng của xe ô tộ hai câu (Tinh 70 điều khiên tĩnh) 4,3, Danh gia động lực học quay vòng đóng của xe ô tô hai cầu (Lính 83 điều khiển động) Chương V. KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ TÀI LIEU THAM KHẢO PHU LUC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ ANH MỤC CÁC BẰNG BIRU, SG DO VA HINA VE Danh mục Trang Hình 1-L: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới 01 Hình 1-2: Sơ đề câu tạo chung cũa hệ thống lái 03 Hình 1-3: Câu tạo chung của trục lái 04 Hình I-4: Hộp số lái kiếu truc vít — cung rang 05 Hình 1-5: Hộp số lài kiểu trục vít con lăn 06 Hình 1-6: Hộp số lài kiểu trục vít dòn lắc 07 Hình 1-7: Hộp số lái kiếu trục vít — ê cũ — bi — cung răng, 07 Hình 1-8: Liệp số lái bảnhrăng thanh răng 08 Hình ]-9: Câu tạo hình thang lãi diễn hình 09 Tình 1-10 Kết cầu thanh nội bên 10 Linh 1-11: Ser dé tru dimg nghiéng trong mặt phẳng ngang, 12 Hinh 1-12; Céc giai dean cua qua trink quay vong 13 Hình 1-14: Sơ đỗ động hoe xe ô tô 14 Hinh 1-15: Các yếu tế góc đặt bánh xe 15 1Hình 1-Ló: Góe Camper 16 Hình 1-18: Táo dụng của góc Camper dương 17 Tinh 1-19: ác đụng của góc Camper âm 18 1Hình 1-20: Góe Caster và khoảng Caster 19 Hình 1-21: Góc caster dương và âm 19 THình 1 - 22: Ôn định chạy trên đường thắng nhừ có khoảng caster 20 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ ANH MỤC CÁC BẰNG BIRU, SG DO VA HINA VE Danh mục Trang Hình 1-L: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới 01 Hình 1-2: Sơ đề câu tạo chung cũa hệ thống lái 03 Hình 1-3: Câu tạo chung của trục lái 04 Hình I-4: Hộp số lái kiếu truc vít — cung rang 05 Hình 1-5: Hộp số lài kiểu trục vít con lăn 06 Hình 1-6: Hộp số lài kiểu trục vít dòn lắc 07 Hình 1-7: Hộp số lái kiếu trục vít — ê cũ — bi — cung răng, 07 Hình 1-8: Liệp số lái bảnhrăng thanh răng 08 Hình ]-9: Câu tạo hình thang lãi diễn hình 09 Tình 1-10 Kết cầu thanh nội bên 10 Linh 1-11: Ser dé tru dimg nghiéng trong mặt phẳng ngang, 12 Hinh 1-12; Céc giai dean cua qua trink quay vong 13 Hình 1-14: Sơ đỗ động hoe xe ô tô 14 Hinh 1-15: Các yếu tế góc đặt bánh xe 15 1Hình 1-Ló: Góe Camper 16 Hình 1-18: Táo dụng của góc Camper dương 17 Tinh 1-19: ác đụng của góc Camper âm 18 1Hình 1-20: Góe Caster và khoảng Caster 19 Hình 1-21: Góc caster dương và âm 19 THình 1 - 22: Ôn định chạy trên đường thắng nhừ có khoảng caster 20 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ Hình 1 - 23: Hỏi vị bánh xe nhờ khoảng, caster 20 Hình 1 - 24: Góc kingpiu 21 Hình1 - 25: Giảm lực đánh lái 22 Hình 1 - 36: Giám phán hỏi và kéo lệch sang một phía 2 Hình | - 27: BS chum dé choai 23 Hình 1 - 28: Góc quay vòng, 24 Hình 2 - 1: Hệ thông lái cơ học loại true vit banh vit 25 Hình 2 - 3: Hệ thông lái cơ học loại thanh răng bảnh răng, 26 Hình 2 - 3: Hệ thống lái có trợ lực 27 1Hình 2 - 4: Hộ trợ lực lái loại khí 28 Hình 2 - 5: Hệ thông lái trợ lực thủy lực 29 Hình 2 - 6: Sơ đỗ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn -thanh — 30 răng Tình 2 - 7: Cấu tạo bộ trợ lực 31 TRình 2 - 8: Căn tạo bơm trợ lực cảnh gạt 32 Hình 2 - 9: Sơ dỗ nguyên lý bơm trợ lực cảnh gạt 33 Hình 2 - 10: Một số bộ phân của hệ thống lái tro lực điều khiển diễn tủ 34 Tình 2 - 11: Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử 34 Hình 2 - 12: Bộ trợ lực diện 35 Hình 2 - 13: Các chỉ tiết của bộ trợ lực lái 36 Hình 2 - 14: Đề thi thể hiện sự thay đối tỷ số truyền. 47 Hình 2 - 15: Vết của các bảnh xe ở hệ thống lải trợ lực diễu khiển diện tử 38 Tuận văn thạc sĩ kỹ thuật Lời nói đầu Trinh bay cầu tạo, nguyên lý hoạt đông và đưa ra lựa chọn một mô hình thích hợp của hệ thống trợ lực Lay lái, từ đó tỉnh toán các phẩn tử thủy lực trong hệ thống. Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng Ô tổ Xây dựng phương trình động lực học khi xe quay vòng, xác định các ham truyền cho các tham số chuyến vị của xe.

Kết hợp với việc lập trinh trên phần mêm Matlab để đánh giá động lực Học quay vòng tĩnh và động gủa ô tô Sau quá trinh thực hiện, với sự cổ gẳng nỗ lực của bản thân vá sự giúp đỡ chỉ bảo tan tinh của thây giáo T.5 Lê Xuân Trường đồ án đã được hoàn thành Song do thời gian vả trình độ bản thân còn hạn chế nên để án không tránh khỏi những thiểu sót. l¿m rất mong nhận được ÿ kiến chỉ bão của các thây cỏ giáo đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn thầy giáo T.8 Lê Xuân Trường củng toàn thé thấy cô giáo trong Viện Cơ khi động lực đã tạo điều kiện giúp đã em hoàn thành luận văn này Tả nội, Tháng 2 năm 2015 Học viên thực hiện Đỗ Đắc Hoàng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu và hình vẽ Hình 4 - 3: Mỏ hình phẳng một vệt của ö tô 7 Hình 4 - 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe 7 Hình 4 - 6: Đỏ thị đặc tính tốc độ của góc lệch bên 79 Hình 4 - 7: Đỗ thị đặc tỉnh tốc độ của gia tốc bên. Duong Dặc tỉnh tốc độ của (02a g1 Hình 4 - 2: Đường Đặc tính tốc độ của (=) zadad 82 Hình 4- 3: Duong Die tinh tée độ của (2)ftmayeal 82 1Hình 4 - 11: Thời gian quả độ và thời gian lên 88 Hình 4 - 12: Độ quá điều chính 89 Hình 4 - 13: Đặc lính quả độ của vận tốc góc quay thân xe 90 TRình 41 -L4: Dặc tính quá độ của góe lệch hướng chuyển động, 9 Hình 4 - 15: Đặc tính quả độ của gia tốc bên 92 ANH MỤC CÁC KỶ HIỆU TT Tên danh nghĩa Ky hiệu Don vi do T [Tai trọng xe.

đ N 2 [Trọng lượng băn thân xe Go N 3. | Trọng lượng loàn bộ xe G N 4 |Phân cho cấu trước g N 5 |Phân cho cau sau %œ N 6 Top Bxử inch 7 [Chigu dãi cơ sở, 1a mm 5 | Chiễu rộng cơ sở H mm 5 [CiiEnrộng vất trước Tr Tim 10 | Chiếu rộng vật sau Be mm 11 [Chiều cao của xe. H mm 12 | Chiếu đãi toàn bộ Lr am 13 | Chiếu đãi trục lãi Lạ mm 14 | Bám kinh vành lay Lai R mun 19 | Vận tốc max Vix Kmh 30 |Mô men cản quay vùng của bánh xe M- 21 |Mö men lái Mi ANH MỤC CÁC KỶ HIỆU TT Tên danh nghĩa Ky hiệu Don vi do T [Tai trọng xe. đ N 2 [Trọng lượng băn thân xe Go N 3.

| Trọng lượng loàn bộ xe G N 4 |Phân cho cấu trước g N 5 |Phân cho cau sau %œ N 6 Top Bxử inch 7 [Chigu dãi cơ sở, 1a mm 5 | Chiễu rộng cơ sở H mm 5 [CiiEnrộng vất trước Tr Tim 10 | Chiếu rộng vật sau Be mm 11 [Chiều cao của xe.