Khảo Sát Tính Toán Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện Thủy Lực Cho Xe Du Lịch

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Khảo sát tính toán hệ thống lái trợ lực điện thủy lực cho xe du lịch, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Trương Quốc Mạnh
• Người hướng dẫn: Th.S Phạm Minh Mận
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật - Đại Học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Khảo Sát Tính Toán Hệ Thống Lái Trợ Lực Điện-Thủy Lực Cho Xe Du Lịch
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống lái

Hệ thống lái là một phần quan trọng trong cấu trúc của ô tô, có nhiệm vụ điều khiển hướng di chuyển của xe. Hệ thống này bao gồm nhiều bộ phận như cơ cấu lái, vô lăng, và dẫn động lái. Hệ thống lái trợ lực điện thủy lực (EPS) và hệ thống lái trợ lực điện (EHPS) là hai loại phổ biến hiện nay. Việc nghiên cứu và tính toán hệ thống lái không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho người lái. Theo đó, các yêu cầu về tính năng vận hành, độ nhạy và khả năng phản hồi của hệ thống lái cần được xem xét kỹ lưỡng. Đặc biệt, việc giảm lực tác động lên vành lái là một yếu tố quan trọng để nâng cao trải nghiệm lái xe.

1.1. Các bộ phận chính của hệ thống lái

Hệ thống lái bao gồm nhiều bộ phận chính như trục lái, cơ cấu lái và dẫn động lái. Trục lái có nhiệm vụ truyền mô men từ vô lăng đến cơ cấu lái, trong khi cơ cấu lái đảm bảo tăng mô men tác động đến các bánh xe dẫn hướng. Trợ lực lái là một phần không thể thiếu, giúp giảm nhẹ lực quay vòng của người lái. Các bộ phận này cần được thiết kế sao cho đảm bảo tính ổn định và an toàn trong quá trình vận hành. Việc phân loại hệ thống lái theo phương pháp chuyển hướng và đặc tính truyền lực cũng rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của chúng.

II. Phân loại hệ thống lái

Hệ thống lái có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng có thể chia thành hệ thống lái hai bánh xe (2WS) và hệ thống lái bốn bánh xe (4WS). Ngoài ra, hệ thống lái cũng có thể được phân loại theo đặc tính truyền lực, bao gồm hệ thống lái cơ khí và hệ thống lái có trợ lực bằng thủy lực hoặc khí nén. Việc phân loại này giúp xác định rõ hơn về cấu trúc và chức năng của từng loại hệ thống lái, từ đó có thể đưa ra các giải pháp cải tiến phù hợp.

2.1. Hệ thống lái có trợ lực

Hệ thống lái có trợ lực là một trong những cải tiến quan trọng trong công nghệ ô tô hiện đại. Hệ thống này giúp giảm bớt lực cần thiết để điều khiển xe, đặc biệt là trong các tình huống quay vòng hoặc khi di chuyển ở tốc độ thấp. Hệ thống lái trợ lực thủy lực và hệ thống lái trợ lực điện là hai loại phổ biến. Mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng, nhưng đều hướng đến mục tiêu cuối cùng là nâng cao trải nghiệm lái xe và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ trợ lực mới là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

III. Tính toán và kiểm nghiệm hệ thống lái

Tính toán hệ thống lái là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế và phát triển ô tô. Các thông số kỹ thuật như tỷ số truyền của cơ cấu lái, lực tác động lên vành lái, và hiệu suất của hệ thống cần được xác định chính xác. Việc kiểm nghiệm các thông số này giúp đảm bảo rằng hệ thống lái hoạt động hiệu quả và an toàn. Các phương pháp tính toán hiện đại, bao gồm mô phỏng và phân tích động học, đã được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế hệ thống lái. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình sử dụng.

3.1. Các thông số kỹ thuật cần thiết

Các thông số kỹ thuật như tỷ số truyền của cơ cấu lái (ic), tỷ số truyền của dẫn động lái (id), và tỷ số truyền lực của hệ thống lái (il) là những yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của hệ thống lái. Tỷ số truyền lớn giúp giảm lực đánh lái, nhưng cũng yêu cầu người lái phải quay vô lăng nhiều hơn. Việc tính toán các thông số này cần dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu cụ thể của từng loại xe. Sự chính xác trong tính toán sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng điều khiển và an toàn của xe.

IV. Mô phỏng và thiết kế hệ thống lái

Mô phỏng hệ thống lái là một công cụ hữu ích trong quá trình thiết kế và phát triển. Sử dụng phần mềm mô phỏng như CATIA, các kỹ sư có thể tạo ra các mô hình 3D của hệ thống lái, từ đó phân tích và tối ưu hóa các chi tiết. Việc mô phỏng không chỉ giúp phát hiện sớm các vấn đề trong thiết kế mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm. Các mô phỏng này cũng cho phép kiểm tra các điều kiện hoạt động khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến hiệu quả.

4.1. Thiết kế và mô phỏng các chi tiết

Trong quá trình thiết kế hệ thống lái, việc mô phỏng các chi tiết như thanh răng, motor trợ lực, và trục thước lái là rất quan trọng. Các chi tiết này cần được thiết kế sao cho đảm bảo tính chính xác và hiệu suất cao. Mô phỏng giúp kiểm tra sự tương thích giữa các bộ phận và phát hiện các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình lắp ráp. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất và sử dụng.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực điện thủy lực cho xe du lịch đã chỉ ra rằng việc cải tiến công nghệ lái là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Các hệ thống lái hiện đại không chỉ cần đảm bảo hiệu suất mà còn phải an toàn và dễ sử dụng. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các công nghệ trợ lực, cải thiện khả năng phản hồi và giảm thiểu trọng lượng của hệ thống. Điều này sẽ góp phần nâng cao trải nghiệm lái xe và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

5.1. Kiến nghị hướng phát triển

Để nâng cao hiệu suất và an toàn của hệ thống lái, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới. Việc áp dụng các vật liệu nhẹ và bền hơn trong thiết kế hệ thống lái sẽ giúp giảm trọng lượng và cải thiện hiệu suất. Ngoài ra, việc tích hợp các công nghệ thông minh như cảm biến và hệ thống điều khiển tự động cũng là một hướng đi tiềm năng. Những cải tiến này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 1. Mô tả chung hệ thống lái 1. Hệ thống lái là hệ thống giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô đi thẳng, quay vòng hoặc rẽ trái, rẽ phải theo tác động của người lái lên vô lăng. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống khác thực hiện điều khiển điều khiển ô tô và đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động.

Các bộ phận chính của hệ thống lái. Cơ cấu lái, vô lăng, trục lái: Truyền mô men do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái. Dẫn động lái: Truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo động học quay vòng đúng. + Trợ lực lái: Có thể có hoặc không.

Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng của người lái. Thường được sử dụng trên các xe đời mới, xe tải trọng lớn. Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động lái, 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 xe và của từng chủng loại xe.

Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng. Các trạng thái quay vòng của xe.

Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá trình phức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định vl xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng R0 tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng đủ). Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R 0 người lái phải tăng góc quay vành lái một lượng vl. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng vl. Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). ở những trạng thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt.

Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn. 1: Các trạng thái quay vòng của xe 1. Phân loại hệ thống lái 1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.

- Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS). - Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS). Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực. - Hệ thống lái cơ khí.

- Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái. - Cơ cấu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn. - Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi - Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.

Phân loại theo cách bố trí vành lái. - Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải). - Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái). Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.

- 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.

Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô. 2: Cấu tạo hệ thống lái 1. Trụ xoay đứng 9. Vành lái Vành lái có dạng vành tròn.

Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái. M vl=P vl×R vl (1.) Trong đó: Mvl : Là mô men vành lái Pvl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái rvl : Là bán kính vành lái. Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không được vượt 0 quá 8.

Trục lái Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống truc 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 loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng. Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể điều chỉnh vị trí 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. Cơ cấu lái Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến các bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20 đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải.

Các yêu cầu của cơ cấu lái Cơ cấu lái cần phải đảm 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 có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu 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 dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.

− Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao. − Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp. Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ măt đường lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhưng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe.

Độ đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn dẫn động … 1. Tỉ số truyền của cơ cấu lái Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng. dθ ωθ i c= = d Ω ωΩ (1-2) Trong đó: ωθ - góc quay bánh lái ωΩ - Góc quay đòn Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe dẫn hướng.

Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng. Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa từ 350 đến 450 từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ bên: Trong phạm vi góc quay   /2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên vành lái.

3: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái Khi  > /2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như không thay đổi. ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn. Tỷ số truyền của dẫn động lái id Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi.

Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9  1,2 1.