1 Chng 22 H THNG LI 22.1. công dụng, yêu cầu, cấu tạo chung và phân loại Công dụng Hệ thống lái của ôtô là hệ thống dùng để điều khiển hớng chuyển động của ôtô bằng cách quay các bánh xe dẫn hớng thông qua vành lái. Yêu cầu cơ bản của hệ thống lái - Đảm bảo khả năng quay vòng với bán kính quay vòng bé. - Đảm bảo động học quay vòng tốt. - Đảm bảo điều khiển nhẹ nhàng, lực và hành trình điều khiển tỷ lệ với mức độ quay vòng của ôtô. - Đảm bảo các bánh xe dẫn hớng có khả năng tự ổn định cao. - Giảm đợc các va đập từ bánh xe dẫn hớng truyền lên vành lái. - Bánh xe dẫn hớng phải có động học đúng yêu cầu của hệ thống lái và hệ thống treo. Cấu tạo chung của hệ thống lái ôtô Gồm có cơ cấu lái, hệ dẫn động lái và có thể có bộ trợ lực lái. Cơ cấu lái thực chất là một bộ giảm tốc để đảm bảo tăng mô men điều khiển hớng chuyển động của ngời lái đến các bánh xe dẫn hớng, tăng độ chính xác điều khiển. Hệ dẫn động lái gồm có vành tay lái, các đòn dẫn động đến cơ cấu lái và các đòn dẫn động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hớng. 2 Cấu tạo chung của hệ thống lái ôtô Cơ cấu lái 4 đợc bắt chặt trên khung xe và đợc nối với vánh lái 1 thông qua trục lái 2 bố trí trong vỏ trục lái. Dẫn động từ cơ cấu lái xuống các bánh xe dẫn hớng gồm đòn quay đứng 5, đòn kéo dọc 11, đòn quay ngang 7, trục đứng 6 , các đòn bên hình thang lái 8 nối với thanh ngang hình thang lái 10 qua khớp cầu 9. Phân loại Có thể phân loại hệ thống lái nh sau: - Theo phơng pháp chuyển hớng ôtô, có hai loại: Hệ thống lái thực hiện bằng cách thay đổi hớng chuyển động của các bánh xe dẫn hớng quanh trụ đứng, hệ thống lái thực hiện chuyển hớng bằng cách quay cả cầu dẫn hớng. - Theo số lợng cầu dẫn hớng, có các loại: hệ thống lái điều khiển một cầu dẫn hớng, hai cầu dẫn hớng, tất cả các cầu dẫn hớng. - Theo phơng pháp điều khiển, có loại hệ thống lái điều khiển cỡng bức bằng tay và hệ thống lái điều khiển tự động. - Theo cấu tạo của cơ cấu lái, có các loại: cơ cấu lái trục vít bánh vít, cơ cấu lái trục vít đòn quay, cơ cấu lái bánh răng thanh răng, cơ cấu lái thuỷ lực. - Theo đặc điểm kết cấu của hệ thống, có các loại: hệ thống lái không có cờng hoá, hệ thống lái có cờng hoá. - Theo cấu tạo của cờng hoá dẫn động lái, có loại cờng hoá bằng thuỷ lực, bằng khí nén và chân không, bằng điện từ, bằng cơ khí. - Theo bố trí vành lái, có loại vành lái bên trái, vành lái bên phải, loại có thể điều chỉnh vị trí vành lái. 3 Các trạng thái quay vòng của ôtô Sự quay vòng của ôtô rất phức tạp, tính điều khiển hớng chuyển động của ôtô rất nhạy cảm với trạng thái quay vòng của ôtô. Các trạng thái quay vòng gồm có quay vòng đủ, quay vòng thừa và quay vòng thiếu. Nhiều yếu tố phức tạp quyết định đến trạng thái quay vòng nh gia tốc của ôtô, độ cứng của lốp, độ cứng của hệ thống lái, trạng thái mặt đờng - Trạng thái quay vòng đủ là trạng thái quay vòng mà tại mỗi thời điểm, bán kính quay vòng thực tế Rqv bằng bán kính quay vòng lý thuyết R0 tơng ứng với góc quay vành lái vl, quỹ đạo chuyển động thực tế của các bánh xe trùng với quỹ đạo lý thuyết Các trạng thái quay vòng của ôtô - Trạng thái quay vòng thừa là trạng thái quay vòng mà quỹ đạo chuyển động của bánh xe không trùng với quỹ đạo lý thuyết dẫn đến Rqv < R0. Quay vòng của xe lúc đó ngoặt hơn ngời lái mong muốn (thông qua vl) và để quay vòng đúng quỹ đạo ngời lái cần phải giảm góc quay vành lái. 4 Các trạng thái quay vòng của ôtô - Trạng thái quay vòng thiếu là trạng thái quay vòng mà quỹ đạo chuyển động thực tế của bánh xe không trùng với quỹ đạo lý thuyết, dẫn đến Rqv > R0. Quay vòng của xe lúc đó không đạt mức mong muốn của ngời lái và để quay vòng đúng quỹ đạo ngời lái cần tăng thêm góc quay vành lái. Trạng thái quay vòng thừa làm tăng lực ngang tác dụng lên xe (lực ly tâm) rất nguy hiểm, đặc biệt là những xe có tốc độ cao. 22.2. Quan hệ động học của bánh xe dẫn hớng Sơ đồ các phơng án bố trí bánh xe dẫn hớng cơ bản - Sơ đồ a: Hai bánh trớc dẫn hớng là sơ đồ thông dụng nhất cho ôtô con, ôtô tải, ôtô khách. - Sơ đồ b: Tất cả 4 bánh xe dẫn hớng, chiều quay của các sau ngợc với các bánh trớc cho phép quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ, thờng dùng cho ôtô có tính năng cơ động cao. Trên ôtô cao tốc hiện nay các bánh sau có thể quay cùng chiều hoặc ngợc chiều với các bánh trớc để nâng cao tính ổn định chuyển động. - Sơ đồ c: Dùng cho ôtô 3 cầu, hai bánh trớc dẫn hớng. Phơng án này đợc dùng phổ biến. 5 Sơ đồ các phơng án bố trí bánh xe dẫn hớng cơ bản - Sơ đồ d: Dùng cho ôtô 3 cầu, 2 bánh trớc và hai bánh giữa dẫn hớng, quay cùng chiều, thờng dùng cho ôtô có tính cơ động cao. - Sơ đồ e: Dùng cho ôtô 3 cầu, hai bánh trớc và hai bánh sau dẫn hớng, cho phép ôtô có thể quay vòng với bán kính rất nhỏ. - Sơ đồ g: Dùng cho ôtô 4 cầu, hai cầu phía trớc dẫn hớng. Quan hệ động học của bánh xe dẫn hớng Các bánh xe dẫn hớng phải đảm bảo động học đúng để đảm bảo quay vòng không trợt và động học của hệ thống treo, hệ thống lái đều đợc đảm bảo. Quan hệ giữa các góc quay của bánh xe phía trong () và phía ngoài () khi quay vòng phụ thuộc vào kết cấu của hệ dẫn động lái liên kết giữa hai bánh xe và phải thoả mãn hệ thức: cotg -cotg = B0 / L (B0 là khoảng cách giữa hai tâm trụ đứng trong mặt phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đờng; L là chiều dài cơ sở của xe). 6 Quan hệ động học của bánh xe dẫn hớng Hệ dẫn động liên kết giữa hai bánh xe dẫn hớng là cơ cấu 4 khâu có dạng hình thang đảm bảo đợc gần đúng quan hệ đó, có kết cấu đơn giản nên đợc dùng phổ biến trên ôtô hiện nay có hệ thống treo phụ thuộc và đợc gọi là hình thang lái. Trên xe có hệ thống treo trớc là hệ thống treo độc lập, để các bánh xe có thể dịch chuyển độc lập, hệ dẫn động lái liên kết hai bánh xe phải nhiều khâu khớp hơn, thờng dùng hệ 6 khâu có dạng gần giống hình thang lái để đảm bảo quan hệ động học giữa hai bánh xe dẫn hớng. Gúc t bỏnh xe dn hng Mục đích của việc bố trí các gúc t bánh xe dẫn hớng là để điều khiển hớng chuyển động đợc nhẹ nhàng, nâng cao tính ổn định hớng chuyển động, hạn chế trạng thái quay vòng thừa, Các thông số bố trí bánh xe dẫn hớng gồm: - Góc nghiêng ngang của bánh xe (). - Góc chụm của bánh xe (). - Góc nghiêng ngang của trụ đứng () và bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (r0). - Góc nghiêng dọc của trụ đứng (). Các thông số này đợc xác định khi xe ở trạng thái không tải và các bánh xe thẳng hớng chuyển động. 7 Gúc t bỏnh xe dn hng Góc nghiêng ngang của bánh xe (). Góc nghiêng ngang bánh xe () là góc xác định trên mặt phẳng ngang của xe, đợc tạo bởi vết của mặt phẳng đối xứng dọc của bánh xe và vết của mặt phẳng dọc thẳng đứng của trên mặt phẳng đó. 8 Góc nghiêng ngang của bánh xe (). Nếu phần trên của bánh xe của bánh xe nghiêng ra ngoài thì ta quy ớc là > 0 và ngợc lại. Trớc đây ngời ta thiết kế góc này lớn (khoảng 20ữ30 ) vì mặt đờng lồi hơn ở giữa, hiện nay ngời ta thiết kế góc này nhỏ hơn (dới 10 ). Góc nghiêng ngang của bánh xe (). Tác dụng của góc nghiêng ngang: -Góc > 0 thỡ khi ôtô có tải, bánh xe trở nên lăn phẳng trên đờng, đảm bảo mòn đều bề mặt lốp. -Góc > 0 làm giảm đợc tải trọng thẳng đứng tác dụng lên ngõng quay của bánh xe. Tải trọng tác dụng lên ngõng quay sẽ ở gần giá ngõng quay. -Góc > 0 hạn chế đợc sự trôi trợt bánh xe ra khỏi ngõng quay do tạo đợc một thành phần phản lực có tác dụng đẩy bánh xe vào phía trong. Vì vậy, ổ lăn phía trong của bánh xe thờng lớn hơn do tải trọng lớn hơn. -Góc > 0 hạn chế đợc trờng hợp góc < 0 không mong muốn do tải trọng chất lên xe gây ra. -Góc > 0 làm giảm đợc lực cản quay vòng do góp phần làm giảm bán kính r0. -Góc < 0 thì phía trong của lốp bị mài mòn rất nhanh nhng khi quay vòng, do lực ly tâm, bánh xe sẽ tiếp xúc tốt với mặt đờng, tăng khả năng tiếp nhận lực bên. Vì vậy, trên xe đua và ôtô cao tốc ngời ta có thể bố trí < 0. 9 Góc chụm của bánh xe (). Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của hai bánh xe dẫn hớng. Góc chụm là góc giữa hai vết của mặt phẳng đối xứng dọc của bánh xe trên mặt phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt phẳng đờng: = arcsin((B-A)/dv). A, B là các kích thớc nh trên hình; dv là đờng kính ngoài của vành bánh xe. Trong thực tế thờng lấy hiệu V = B - A để xác định độ chụm. Độ chụm dơng nếu hai bánh xe đặt chụm về phía trớc và ngợc lại. Front B A Góc chụm của bánh xe (). 10 Góc chụm của bánh xe (). Tác dụng của độ chụm: Độ chụm lý tởng khi ôtô hoạt động là = 0 để lốp xe đợc lăn phẳng và mòn đều. Trên cầu trớc bị động dẫn hớng có bố trí r0 > 0 và > 0, thờng có >0 để trong quá trình chuyển động, lực cản lăn (đặt tại tâm vết tiếp xúc của lốp với đờng) tạo ra mô men làm quay bánh xe quanh trụ đứng về vị trí có 0 để lốp mòm đều đồng thời làm tăng tính ổn định chuyển động thẳng của ôtô. Nếu cầu chủ động dẫn hớng, thờng có < 0 để trong quá trình chuyển động, lực kéo tạo ra mô men làm quay bánh xe quanh trục đứng về vị trí có 0. Trong trờng hợp này, để giảm tác dụng của lực cản lăn và lực phanh, thờng đợc bố trí có giá trị nhỏ hoặc bằng 0. Nếu có giá trị nhỏ thì cũng đợc bố trí nhỏ. Góc nghiêng ngang của trụ đứng () và bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (r0). Góc nghiêng ngang của trụ đứng là góc xác lập bởi hình chiếu thẳng góc của đờng tâm trụ đứng trên mặt phẳng cắt ngang xe đi qua tâm trục bánh xe và phơng thẳng đứng. Đối với hệ thống treo độc lập thì chỉ có trụ đứng "giả tởng" và giá trị góc thờng xuyên thay đổi. Góc đợc gọi là dơng nếu đầu trên trụ đứng nghiêng vào phía trong xe và ngợc lại là gọi âm. Steering axis Upper ball joint Lower ball joint [...]... động học của hệ thống treo và hệ thống lái 20 Dẫn động lái từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng Đối với hệ thống treo độc lập v cơ cấu lái dạng đòn quay Hệ dẫn động từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng trong trờng hợp này thờng có các dạng nh trên hình v Các đòn ngang bên thờng có cơ cấu điều chỉnh độ chụm của các bánh xe dẫn hớng Dẫn động lái từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng Đối với hệ thống treo độc... LI Hệ dẫn động lái phải đảm bảo động học đúng của các bánh xe dẫn hớng, đảm bảo độ dơ vành lái nhỏ, giảm đợc các lực va đập truyền từ các bánh xe dẫn hớng lên vành lái, vành lái bố trí phù hợp với ngời lái và đảm bảo an toàn thụ động cho ngời lái 19 Dẫn động lái từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng Đối với hệ thống treo phụ thuộc v cơ cấu lái dạng đòn quay Đối với hệ thống treo phụ thuộc và cơ cấu lái. .. đệm chốt cầu Dẫn động từ vnh lái đến cơ cấu lái Dẫn động lái từ vành lái đến cơ cấu lái gồm có trục lái để truyền mô men và chuyển động của vành lái đến cơ cấu lái và vỏ trục lái để đỡ trục lái Ngày nay phần dẫn động này đợc quan tâm thích đáng để đảm bảo t thế ngồi điều khiển xe thích hợp nhất, đảm bảo an toàn thụ động cho ngời lái và có thể có cơ cấu khoá hệ thống lái Trục lái thờng gồm các đoạn trục... bản của cơ cấu lái Cơ cấu lái là một bộ gim tốc để tng mô men điều khiển chuyển hớng chuyển động của ôtô Các thông số cơ bn của cơ cấu lái là: - tỷ số truyền, - hiệu suất (thuận và nghịch) - khe hở cho phép gia các chi tiết n khớp của cơ cấu lái (nó quyết định độ dơ vành lái) Tỷ số truyền của cơ cấu lái đóng vai trò chính trong tỷ số truyền của hệ thống lái (tỷ số truyền của hệ dẫn động lái chỉ vào khong... dạng đòn quay thì dẫn động lái từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng thờng gặp là hình thang lái Các thông số hình học của hình thang lái để đảm bảo gần đúng quan hệ của các bánh xe dẫn hớng phụ thuộc vào các thông số chiều dài và chiều rộng cơ sở của xe Dẫn động lái từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng Dẫn động lái từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hớng phải phù hợp với bố trí của hệ thống treo để đảm bảo động... các khớp cacđăng 24 Dẫn động từ vnh lái đến cơ cấu lái Cơ cấu an ton thụ động cho ngời lái Đảm bảo an toàn thụ động cho ngời lái tức là đảm bảo hạn chế tối đa va đập của ngời lái vào vành lái khi xe bị va chạm (đâm xe) Cơ cấu an toàn này tránh cho trục lái không đâm vào ngời lái bằng hai cách: bẻ gập trục lái tại thời điểm va chạm và giảm va chạm của ngời lái vào vành lái do quán tính Có nhiều kiểu cấu... vành lái cùng với vỏ trục lái trợt xuống dới, làm biến dạng giá cong đàn hồi Chính sự biến dạng của giá cong đàn hồi này làm giảm sự va chạm của ngời lái vào vành lái Các trạng thái làm việc của cơ cấu nh trên hình v Cơ cấu an ton thụ động cho ngời lái 26 Dẫn động từ vnh lái đến cơ cấu lái Vị trí vnh lái Vị trí vành lái phải phù hợp với t thế ngời lái, đảm bảo làm việc thuận lợi nhất Trên các ôtô thế hệ. .. hoá lái bằng thuỷ lực Hệ thống cờng hoá lái bao gồm nguồn năng lợng cờng hoá (bơm thuỷ lực tạo ra nguồn chất lỏng áp suất cao), van phân phối và xy lanh tạo lực cờng hoá Trên ôtô hiện nay, van phân phối, xy lanh tạo lực cờng hoá và cơ cấu lái thờng đợc bố trí chung thành một cụm Van phân phối thờng có 2 dạng: dạng van trợt và dạng van xoay 28 Hệ thống cờng hoá van trợt Khi ôtô chạy thẳng, vành lái. .. tạo hệ thống ở trạng thái bình thờng nh trên hình v 25 Dẫn động từ vnh lái đến cơ cấu lái Cơ cấu an ton thụ động cho ngời lái Khi xe bị va chạm mạnh, thoạt tiên các chốt nhựa nối hai phần trục lái gãy và phần trục dới bị lực va chạm đẩy lên trên nhng trục trên vẫn không bị đẩy lên, đâm về phía ngời lái Nếu va chạm rất mạnh, ngời lái đập vào vành lái do quán tính thì các chốt nhựa bắt giá vỏ trục lái. .. số truyền của cơ cấu lái Trong hệ thống lái ngời ta phân biệt hai loại tỷ số truyền: - Tỷ số truyền động học ig: là tỷ số gia vận tốc quay vành lái và vận tốc quay của đòn quay đứng - Tỷ số truyền động lực học il: là tỷ số gia mô men cn ở các bánh xe dẫn hớng và mô men trên vành lái ối với cơ cấu lái, tỷ số truyền động học mong muốn là tỷ số truyền thay đổi theo góc quay vành lái hoặc không thay đổi . vành lái. - Bánh xe dẫn hớng phải có động học đúng yêu cầu của hệ thống lái và hệ thống treo. Cấu tạo chung của hệ thống lái ôtô Gồm có cơ cấu lái, hệ dẫn động lái và có thể có bộ trợ lực lái. Cơ. nối với thanh ngang hình thang lái 10 qua khớp cầu 9. Phân loại Có thể phân loại hệ thống lái nh sau: - Theo phơng pháp chuyển hớng ôtô, có hai loại: Hệ thống lái thực hiện bằng cách thay đổi. chung và phân loại Công dụng Hệ thống lái của ôtô là hệ thống dùng để điều khiển hớng chuyển động của ôtô bằng cách quay các bánh xe dẫn hớng thông qua vành lái. Yêu cầu cơ bản của hệ thống lái -