Đồ án tốt nghiệp: Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe Toyota Fortuner 2009

Đồ án tốt nghiệp phân tích chi tiết hệ thống lái Toyota Fortuner 2009: Cấu tạo, tính toán kiểm nghiệm, chẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa.

• Người hướng dẫn: Kỹ Sư Nguyễn Thị Hồng Ngọc
• Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống lái xe Toyota Fortuner 2009

Hệ thống lái xe Toyota Fortuner 2009 là một trong những thành phần quan trọng nhất của xe, đảm bảo khả năng điều khiển và an toàn cho người lái. Đây là tập hợp các cơ cấu chuyên dụng giúp giữ xe chuyển động theo hướng xác định và thay đổi hướng khi cần thiết. Hệ thống lái Toyota Fortuner được thiết kế với tính năng kỹ thuật cao, kết hợp giữa độ an toàn, cơ động và sự thoải mái khi vận hành. Sự phát triển công nghệ lái xe hiện đại đã nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống lái, giảm thiểu lực tác dụng lên vô lăng và tăng cảm giác điều khiển cho người lái. Việc hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống này giúp người sử dụng bảo dưỡng xe đúng cách và phát hiện sớm các hư hỏng tiềm ẩn.

1.1. Công dụng của hệ thống lái

Hệ thống lái có chức năng chính là truyền lực và chuyển động từ vô lăng tới các bánh xe dẫn hướng. Nó bao gồm vô lăng, trục lái, cơ cấu lái và dẫn động lái. Công dụng của hệ thống lái Toyota Fortuner không chỉ giới hạn ở điều khiển hướng chuyển động, mà còn đảm bảo tính ổn định, cơ động cao và giảm nhẹ lực điều khiển cho người lái nhờ hệ thống cường hóa lái hiện đại.

1.2. Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống lái

Hệ thống lái phải đảm bảo chuyển động thẳng ổn định với hành trình tự do vô lăng tối thiểu. Yêu cầu của hệ thống lái bao gồm: không gây tự dao động bánh xe, đảm bảo lực điều khiển không vượt quá 150-200N cho xe du lịch, và các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt trong mọi điều kiện làm việc.

II. Kết cấu chi tiết hệ thống lái Toyota Fortuner

Kết cấu hệ thống lái Toyota Fortuner 2009 được thiết kế với độ phức tạp vừa phải, bao gồm nhiều chi tiết có chức năng riêng biệt nhưng phối hợp chặt chẽ. Các thành phần chính của hệ thống lái xe Toyota bao gồm vô lăng, trục lái, hộp số lái, thanh kéo, điểm quay và các bánh xe dẫn hướng. Vô lăng được kết nối trực tiếp với trục lái, truyền chuyển động quay tới hộp số lái. Hộp số lái là cơ cấu chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính qua các thanh kéo. Cấu trúc chi tiết hệ thống lái đảm bảo sự cân bằng giữa độ nhạy điều khiển và ổn định chuyển động thẳng. Góc nghiêng dọc và ngang của trụ xoay đứng được thiết kế tối ưu để giảm lực cần thiết tác dụng lên vô lăng.

2.1. Trục lái và cơ cấu truyền động

Trục lái Toyota Fortuner được thiết kế với độ cứng vừa phải, chịu được lực quay và các va chạm trong quá trình vận hành. Cơ cấu truyền động lái bao gồm hộp số lái kiểu đinh ốc bi hoặc nước ngoài, có khả năng chuyển đổi hiệu quả chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính. Các khớp nối được thiết kế để giảm rung động và tăng độ êm ái cho người lái.

2.2. Góc nghiêng trụ xoay đứng

Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng giúp giảm lực cần thiết tác dụng lên vô lăng khi quay vòng. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng đảm bảo rằng các bánh xe dẫn hướng tự động trở về vị trí thẳng sau khi quay xong, nâng cao tính ổn định của xe. Thiết kế này là đặc trưng của hệ thống lái hiện đại trên xe Toyota Fortuner.

III. Tính toán và kiểm nghiệm hệ thống lái

Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái Toyota Fortuner 2009 là bước quan trọng để đảm bảo xe hoạt động an toàn và hiệu quả. Các tính toán bao gồm xác định mômen cản quay vòng của bánh xe, lực cần thiết tác dụng lên vô lăng, bền dẫn động lái khi quay vòng tại chỗ, và bền thanh kéo. Kiểm nghiệm hệ thống lái cũng phải xem xét các điều kiện quay vòng khác nhau, từ quay vòng bình thường đến phanh với cường độ cao. Động học quay vòng cũng được tính toán để đảm bảo rằng các bánh xe không bị trượt lê, tiết kiệm năng lượng và tăng độ bền lốp xe. Kiểm tra hình thang lái là một phần không thể thiếu trong quá trình này.

3.1. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng

Lực tác dụng lên vô lăng được xác định dựa trên mômen cản quay vòng của bánh xe và tỷ số truyền của hộp số lái. Đối với xe Toyota Fortuner, lực tối đa không được vượt quá 150-200N khi không có trợ lực. Các tính toán này đảm bảo rằng người lái không cảm thấy mệt mỏi khi điều khiển xe trong các tình huống khác nhau.

3.2. Kiểm nghiệm bền và động học quay vòng

Kiểm nghiệm bền dẫn động lái đảm bảo các chi tiết chịu được lực tác dụng trong mọi điều kiện vận hành. Động học quay vòng của Toyota Fortuner được tính toán để các bánh xe tuân theo quy luật Ackermann, giảm tiêu hao năng lượng và mòn lốp. Kiểm tra hình thang lái và các thông số khác giúp xác nhận tính chính xác của thiết kế.

IV. Bảo dưỡng chẩn đoán và sửa chữa hệ thống lái

Bảo dưỡng hệ thống lái Toyota Fortuner 2009 là yếu tố quan trọng để đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất của xe. Người sử dụng cần thực hiện kiểm tra định kỳ, bao gồm kiểm tra lượng nước ở hộp số lái, độ rỉ rỉ dầu, và tình trạng các chi tiết như thanh kéo, khớp xoay. Chẩn đoán hư hỏng hệ thống lái có thể thực hiện thông qua các dấu hiệu như vô lăng bị lùi, xe lệch hướng, hoặc cảm giác điều khiển nặng. Sửa chữa hệ thống lái thường bao gồm thay dầu hộp số lái, thay khớp xoay mặt, hoặc thay thế hoàn toàn các bộ phận hư hỏng. Việc tháo lắp cơ cấu lái đòi hỏi kỹ thuật cao và sử dụng công cụ chuyên dụng.

4.1. Chẩn đoán hư hỏng và khắc phục

Chẩn đoán hệ thống lái Toyota Fortuner bắt đầu bằng quan sát các dấu hiệu bất thường như vô lăng lẫy, tạo tiếng kêu khi quay vòng, hoặc lực điều khiển bất thường. Các biện pháp khắc phục bao gồm kiểm tra áp suất dầu, thay các chi tiết bị hỏng như vòng bi, bulong, hoặc điều chỉnh khoảng hở phù hợp. Việc sử dụng máy chẩn đoán hiện đại giúp phát hiện nhanh các vấn đề.

4.2. Bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa chi tiết

Bảo dưỡng định kỳ hệ thống lái bao gồm thay dầu hộp số lái theo khuyến cáo nhà sản xuất, kiểm tra độ rỉ, và bôi trơn các khớp nối. Sửa chữa các chi tiết như thanh kéo bên, điểm quay, khớp xoay đòi hỏi tháo lắp cẩn thận. Bảo dưỡng tốt giúp kéo dài tuổi thọ hệ thống lái và đảm bảo an toàn khi vận hành xe Toyota Fortuner.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1. Công dụng,yêu cầu,phân loại 1. Công dụng Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe. Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau: - Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.

- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng. - Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài. Trên các xe cỡ nhỏ có thể không có.

Yêu cầu của hệ thống lái Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau: - Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: + Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150N khi có trợ lực và không lớn hơn 50N khi không có trợ lực). 3 Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009 + Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt. + Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động. - Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé.

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe. - Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật. - Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành: + Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N; + Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N. + Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.

Phân loại - Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra: + Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,. + Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như: Anh, Thuỵ Điển.,Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là khi vượt xe. - Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra: + Trục vít - Cung răng; + Trục vít - Chốt quay; + Trục vít - Con lăn; + Bánh răng - Thanh răng; + Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng). - Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra: + Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu; + Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu; - Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái, chia ra: + Cường hoá thuỷ lực; + Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không); + Cường hoá điện; 4 Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009 + Cường hoá cơ khí; + Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí cường hóa lái.

Kết cấu hệ thống lái Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập Treo trước là hệ thống treo độc lập kiểu nến (macpherson), kích thước đòn treo trên của hệ thống treo này giảm về bằng 0. Còn đầu trong của đòn treo dưới được liên kết bản lề với dầm ôtô, đầu ngoài liên kết với trục khớp nối dẫn hướng mà điểm liên kết nằm trên đường tâm của trụ xoay đứng. Đầu trên của giảm chấn ống thuỷ lực được liên kết với gối tựa trên vỏ ôtô. Phần tử đàn hồi là lò xo được đặt một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn còn một đầu tì vào gối tựa trên vỏ ôtô.

Trên xe Toyota Fortuner vì đòn treo dưới chỉ gồm một thanh nén nên có bố trí thêm một thanh giằng ổn định. Ngoài ra đây là bánh xe dẫn hướng nên trụ đứng là vỏ giảm chấn có thể quay quanh trục của nó khi xe quay vòng.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 1.Trục ra của cơ cấu lái 7.Bộ phận hướng của hệ thống treo 9.Bánh xe Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc Treo sau là hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi lò xo trụ, vì lò xo trụ chỉ có khả năng chịu lực theo phương thẳng đứng nên ngoài lò xo trụ phải bố trí các phần tử hướng 5 Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009 Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 1.Cạnh bên của hình thang lái 2.Trục ra của cơ cấu lái 8.Bộ phận phân phối 13.Xi lanh lực 1. Vô lăng Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa, dùng để tạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái. Các nan hoa có thể bố trí đối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái.

Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xe khách cở lớn ) 1. Trục lái Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô lăng xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng, nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển 1. Cơ cấu lái Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu a) Tỷ số truyền động học 6 Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009 Hình 1.3 Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học Tỷ số truyền động học: (1-1) Trong đó: , - Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn quay đứng).

0, 0: Các vận tốc góc tương ứng. Tỷ số truyền động học i được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối với ô tô tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển khi xe quay vòng.Giá trị của i phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13-22 đối với ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp có thể tới 40. Tỷ số truyền động học i có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc quay của vô lăng. Cơ cấu lái có i thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không có cường hoá.

Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt hơn so với loại cơ cấu lái có i không đổi. Qui luật thay đổ i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tính năng của xe. Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i có dạng như trên hình 3-3 đường 4 là hợp lý nhất.Trong phạm vi góc quay  9001200, tỷ số truyền i cần phải lớn để tăng độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng. Khi xe chạy trên đường thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống lái làm việc với góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian.

Ngoài ra i tăng còn làm giảm được các va đập từ mặt đường. Ở các góc quay > 900 - 1200 tỷ số iω cần giảm để tăng tốc độ quay vòng, tăng tính cơ động của xe.Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi iω được làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên 7 Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009 thì lực cần tác dụng nhỏ.Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1. Khi đó, trong thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng. Đối với các xe có cường hoá lái: thì i được làm không đổi (đường 3) vì lúc này vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết.

b) Tỷ số truyền lực (1.2) Trong đó: - iF Tỷ số truyền lực. - Mr Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng). - Mv Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng). c) Hiệu suất Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau: = = (1.3) Trong đó: - Mr Mv Các mô men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái; - , Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái; - iF Tỷ số truyền lực; - iTỷ số truyền động học.

Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt: - Hiệu suất thuận th: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống các bánh xe dẫn hướng. - Hiệu suất nghịch ng: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh xe dẫn hướng lên vô lăng. -Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ lực điều khiển.