Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, ngành ô tô trên giới giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng ngày càng phát triển với thị trường ngày càng mở rộng. Đặc biệt là tại Việt Nam, khi ngành ô tô là một trong những ngành có vị thế quan trọng, là động lực kéo theo các ngành công nghiệp, dịch vụ khác phát triển theo.
Các hãng chế tạo ô tô từ các xe sử dụng nhiên liệu hóa thạch đến xe điện đều không ngừng cải tiến, phát triển những công nghệ mới ngày càng tiên tiến hơn nhằm cho ra những sản phẩm với chất lượng cao, giá cả cạnh tranh. Điều này nhằm đáp ứng nhu cầu mua sắm ô tô và những tiêu chuẩn không ngừng tăng cao đến từ người tiêu dùng. Cũng chính vì để đáp ứng tốt những yêu cầu khắt khe đó, nhu cầu về nguồn nhân lực với chất lượng và chuyên môn cao cũng không ngừng tăng lên. Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những ngôi trường đại học đi đầu trong cả nước về đào tạo ra những kỹ sư ô tô với trình độ, kỹ năng chuyên môn cao cùng với sự am hiểu tường tận về lý thuyết, công nghệ.
Với tư cách là sinh viên đang theo học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng em muốn góp một phần sức mình phục vụ, hỗ trợ cho quá trình giảng dạy, giúp cho các tiết học trở nên sinh động, lý thú với các bạn sinh viên. Hệ thống lái trên xe ô tô là một hệ thống cực kì quan trọng. Hệ thống này giúp người lái có thể dễ dàng thay đổi hướng di chuyển của xe. Trong quá trình học, khi được tiếp xúc trực tiếp với hệ thống và những chi tiết liên quan của hệ thống sẽ giúp cho người học có cái nhìn tường tận hơn về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Từ đó, chúng ta có thể thấy được sự cần thiết của những mô hình liên quan đến các hệ thống hiện có trên ô tô ngày nay Chính vì những lý do nói trên, chúng em dưới sự hướng dẫn của thầy Thái Huy Phát đã quyết định chọn đề tài “XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÀN TRẢI CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG LÁI PHỤC VỤ CHO GIẢNG DẠY” làm đề tài cho luận án tốt nghiệp. Mục đích nghiên cứu Đề tài là cơ hội để nhóm có thể đúc kết, ôn lại những kiến thức đã được các giảng viên truyền đạt trên ghế nhà trường. Từ đó có bước chuẩn bị cho công việc sau khi tốt nghiệp. Thiết kế, thi công chế tạo mô hình dàn trải chi tiết có thể thể hiện được hoàn chỉnh, đầy đủ các chi tiết của hệ thống lái trên ô tô.
Ngoài ra, mô hình hoàn thiện phải vừa đảm bảo sự vững chắc về kết cấu cũng như đạt yêu cầu về tính thẩm mỹ, đẹp mắt. Mô hình sau khi được hoàn thành sẽ có thể được sử dụng trong các tiết học, nhằm hỗ trợ cho các giảng viên trong các tiết học có liên quan đến hệ thống lái trên ô tô. Điều này sẽ tăng sự tương tác của các bạn sinh viên với các chi tiết, bộ phận có trên xe, giúp tiết học trở nên lý thú hơn. Giúp các bạn sinh viên có cái nhìn tổng thể và chi tiết hơn về hệ thống lái trên ô tô.
Bên cạnh đó là hỗ trợ các bạn sinh viên nắm rõ hơn về cấu tạo, chức năng của các chi tiết cũng nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trên ô tô. Từ đó có thể góp phần củng cố lại những kiến thức đã có của các bạn sinh viên cũng như nâng cao trình độ các bạn sinh viên khi ra trường. Đối tượng nghiên cứu Trọng tâm của đề tài chính là mô hình dàn trải chi tiết của hệ thống lái. Đối với hệ thống lái sẽ được dàn trải và đưa vào mô hình, nhóm sử dụng các chi tiết, phụ tùng có sẵn tại xưởng của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh như: - Cơ cấu lái trợ lực thủy lực dạng thanh răng kiểu Koyo của Toyota - Cơ cấu lái trợ lực thủy lực dạng bi tuần hoàn - Cơ cấu lái thuần cơ khí dạng thanh răng của Hyundai - Các bộ phận khác của hệ thống lái như bơm dầu trợ lực lái, vô lăng, trục lái, các thanh dẫn động lái.
Phạm vi nghiên cứu Trong đề tài này, công việc sẽ được tập trung vào quá trình thiết kế, thi công chế tạo mô hình với mục đích thể hiện rõ ràng, đầy đủ các chi tiết, bộ phận của hệ thống lái trên ô tô cũng như mối quan hệ của những chi tiết, bộ phận này. 2 Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian 3 tháng từ tháng 10 năm 2023 đến tháng 12 năm 2023. Phương pháp nghiên cứu Để có thể hoàn thành tốt đề tài này, nhóm thực hiện đã sử dụng kết hợp nhiều phương pháp như: - Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống lái cơ khí, trợ lực,… - Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật về hệ thống lái của Toyota - Tham khảo nghiên cứu các tài liệu về kỹ thuật cắt, hàn kim loại - Tham khảo các tài liệu về kỹ thuật có sẵn tại thư viện của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 3 Chương 2. Công dụng, phân loại hệ thống lái Hệ thống lái trên xe ô tô có vai trò giúp cho người lái điều khiển hướng di chuyển xe ô tô bằng cách quay hai bánh xe trước.
Tùy vào những tiêu chí khác nhau mà cách phân loại hệ thống lái trên xe ô tô có thể được chia ra như sau: ∗ Phân loại theo loại trợ lực: - Hệ thống lái thuần cơ khí - Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện - Hệ thống lái trợ lực điện - Hệ thống lái chủ động ∗ Phân loại theo cơ cấu lái: - Hệ thống lái sử dụng cơ cấu lái kiểu trục vít - thanh răng - Hệ thống lái sử dụng cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn ∗ Phân loại theo cách bố trí vô lăng lái - Hệ thống lái vô lăng lái bố trí bên trái (khi chiều thuận đi đường là chiều phải). - Hệ thống lái vô lăng lái bố trí bên phải (khi chiều thuận đi đường là chiều trái) Trong số đó, hệ thống lái trợ lực thuỷ lực, hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện và hệ thống lái trợ lực điện là ba trong số những hệ thống lái được sử dụng phổ biến nhất trên các dòng xe ô tô đang có trên thị trường hiện nay. Về phần hệ thống lái loại thuần cơ khí thì hệ thống này đã không còn được các hãng sản xuất, chế tạo xe sử dụng trên các dòng xe. Lý do cho điều này là những hạn chế, khuyết điểm trong quá trình hoạt động và không thể đáp ứng tốt yêu cầu của người lái của hệ thống lái thuần cơ khí so với các hệ thống lái mới ưu việt hơn.
Để đảm bảo có thể hoạt động tốt, hiệu quả và dễ dàng cho người lái điều khiển, hệ thống lái cần phải đáp ứng được một số yêu cầu, tiêu chuẩn nhất định. Những yêu cầu, tiêu chuẩn đó bao gồm: - Mức độ chính xác và ổn định cao, hiệu suất điều khiển cao 4 - Khả năng quay vòng hẹp dễ dàng: Hệ thống lái cần phải có thể gấp các bánh trước một cách dễ dàng và êm dịu khi xe quay vòng trên đường hẹp, đường gấp khúc - Lực lái thích hợp : Lực lái cần thiết cho việc điều khiển hướng di chuyển của xe sẽ thay lớn hơn khi xe đứng yên và sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng. Hệ thống lái phả đảm bảo lái dễ dàng, tay lái nhẹ ở tốc độ thấp và nặng hơn ở tốc độ cao. - Giảm sự truyền các va đập từ mặt đường - Giữ được tính ổn định khi chuyển động thẳng 2.
Cấu tạo hệ thống lái Một hệ thống lái được sử dụng trên các dòng xe hiện nay được cấu tạo nên từ các thành phần bao gồm: - Vô lăng - Trục lái - Cơ cấu lái - Dẫn động lái Hình 2. Các bộ phận của hệ thống lái Về nguyên lý hoạt động cơ bản của một hệ thống lái, khi muốn điều khiển hướng chuyển động của xe, người lái xoay vô lăng. Chuyển động quay này của vô lăng sẽ được truyền qua trục lái và đến với cơ cấu lái. Tại đây, cơ cấu lái có nhiệm vụ tăng momen cho 5 chuyển động quay và các chi tiết bên trong của cơ cấu lái sẽ truyền momen đã được tăng này đến các thanh dẫn động lái để làm quay hai bánh xe trước.
Từ đó giúp ô tô có thể chuyển hướng dễ dàng. Vô lăng Vô lăng là một bộ phận của hệ thống lái và đây là bộ phận được người lái sử dụng để điều khiển hướng di chuyển của xe ô tô. Tại Việt Nam, vô lăng và ghế tài xế được đặt về phía bên trái của xe. Vô lăng cũng là nơi đặt nút với nhiệm vụ kích hoạt kèn hoạt động.
Bên cạnh đó, vô lăng ngày nay còn là nơi đặt các nút điều khiển cho nhiều chức năng khác như Cruise Control, điều khiển hệ thống âm thanh, chức năng nghe gọi,… Về mặt cấu tạo, vô lăng hiện nay phổ biến có dạng hình tròn với khung bao gồm phần vành tay lái và phần trung tâm dùng để gắn vào trục lái được kết nối với phần vành tay lái bằng các chấu. Số chấu này thay đổi tùy theo xe và phổ biến hiện nay là 3, 4 chấu trên mỗi vô lăng. Phần khung này của vô lăng được đúc bằng từ những kim loại có độ bền cao như nhôm, thép, magie. Khung kim loại của vô lăng sau đó sẽ được bọc bên ngoài bằng một lớp nhựa mềm và có độ bền cao.
Sau đó thì các nút bấm, các mạch điện liên quan sẽ được lắp đặt vào khung vô lăng. Cuối cùng sẽ là lớp vỏ nhựa được lắp ráp vào để tăng độ thẩm mỹ. Về mặt lắp ráp, vô lăng sẽ được lắp đặt bên trong buồng lái và ăn khớp với phía bên trên của trục lái nhờ vào thiết kế ren và then hoa tại phần trung tâm của khung vô lăng. Vô lăng sẽ được cố định với trục lái bằng đai ốc.
Trục lái Trục lái là một bộ phận của hệ thống lái với chức năng chính là truyền chuyển động quay của vô lăng đến với cơ cấu lái. Trục lái trên xe ô tô bao gồm một trục lái chính để truyền chuyển động quay và một ống trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe.