CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC THỦY LỰC 1.1. Khái quát chung về hệ thống lái Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết . Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ cao , do đó chúng không ngừng được hoàn thiện . Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành lái ), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái ), cơ cấu lái (tăng lực quay của vô lăng để truyền mômen lớn hơn tới các thanh dẫn động lái ), và 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 phi tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng thời để quay vòng được thì 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 khi quay vòng phải quay trên những đường tròn đồng tâm với nhau. Đó là tâm quay tức thời khi quay vòng. Kết cấu hệ thống lái rất phức tạp, vì vậy để hiểu được về trạng thái quay vòng ta cần phải hiểu sâu về kết cấu của hệ thống lái. Yêu cầu của hệ thống lái ô tô - Đảm bảo quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. 1 - Đảm bảo lực đặt lên vành tay lái bé. - Đảm bảo động học quay vòng đúng trong đó các bánh xe của tất cả các cầu phải lăn theo những vòng tròn đồng tâm. - Đảm bảo ô tô chuyển động thẳng ổn định. - Đảm bảo khả năng an toàn bị động của xe, đảm bảo hiệu suất thuận phải lớn hơn hiệu suất nghịch để giảm tác động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng. - Đảm bảo tính tùy động Cấu tạo của hệ thống lái gồm các phần tử: Vô lăng, trục lái, cơ cấu lái, dẫn động lái , các bánh xe dẫn hướng. Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện nhờ vô lăng (vành lái), trục lái (truyền chuyển động quay từ vô lăng tới cơ cấu lái ), cơ cấu lái 1.2. Vai trò của trợ lực lái 1.2.1 Mục đích sử dụng trợ lực lái trên ô tô Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái. Để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn. Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái. Tuy nhiên việc đó lại đòi hỏi phải quay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòng dẫn đến không thể thực hiện được việc vòng ngoặt gấp. 2 Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi vẫn chỉ cần lực lái nhỏ, cần phải có trợ lực lái. 1.2.2 Các loại trợ lực trên ô tô Bảng 1. Phân loại trợ lực lái Kiểu trợ lực Cấu trúc cơ sở Phươ ng Đối tượng Các cảm biến Cơ cấu Hiệu ứng cơ bản C B t ố c đ ộ ô t ô C B m ô m en lái C B gó c qu ay tr ục lái C B dò ng đi ều kh iể n Lự c lái biế n thiê n the o tốc độ Định giá trị trợ lực Các hệ thống lái trợ lực thủy lực Hệ thống trợ lực thủy lực với van trượt dạng chốt Tỉ lệ theo mức cản quay bánh xe Hệ thống trợ lực thủy lực với van xoay, van cánh Tỷ lệ theo mức cản quay bánh xe Các hệ thống lái trợ lực điều khiển điện- điện tử Hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển điện- điện tử Lưu lượng Lưu lượng cấp đến xilanh trợ lực 0 0 Van điện từ 0 0 Mạch tắt qua xilanh trợ lực Áp suất hiệu dụng cấp đến xilanh trợ lực 0 0 Van điện từ 0 Đặc tính van trợ lực Áp suất dầu tạo ra ở van trợ lực 0 0 Van điện từ 0 Điều khiển lực phản hồi thủy lực Áp suất tác động lên cơ cấu phản hồi lực 0 0 Van điện từ 0 3 thủy lực (loại cơ khí) Hệ thống mềm dẻo Lưu lượng Lưu lượng dầu cấp đến xilanh trợ lực 0 0 0 Mô tơ 0 0 Hệ thống điện điện tử toàn phần Dòng điện Mômen của mô tơ trợ lực 0 0 0 Mô tơ 0 0 Điện áp Công suất mô tơ trợ lực 0 0 0 0 Mô tơ 0 0 1.3. Trợ lực lái thủy lực Hiện nay trên xe du lịch đa số đang sử dụng hệ thống trợ lực thủy lực. Trong phần này trình bày khái quát về trợ lục lái thủy lực. 1.3.1. Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực Trên hình 1.1 là sơ đồ tổng quát HTL trợ lực thuỷ lực bao gồm các bộ phận chính sau: Bình dầu và bơm trợ lực lái; Cơ cấu lái và xi lanh trợ lực kết hợp hoặc cơ cấu lái riêng ; xi lanh trợ lực riêng; Van trợ lực (có thể kết hợp liền với cơ cấu lái) và các đòn dẫn động lái 4 Hình 1.1 - Tổng quan hệ thống lái có trợ lực. 1- Bình dầu và bơm trợ lực lái Cơ cấu lái và xi lanh trợ lực kết hợp hoặc cơ cấu lái riêng; 2- xi lanh trợ lực riêng;. 3- Van trợ lực (có thể kết hợp liền với cơ cấu lái);4-Các đòn dẫn động lái 5 1.3.2. Mô hình toán học HTL trợ lực thuỷ lực Dựa trên mô hình tổng quát của HTL trợ lực thuỷ lực ta có thể xây dựng mô hình toán học như sau: Hình 1-2 Sơ đồ mô hình toán học HTL có trợ lực 1- Vô lăng; 2- Trục lái chính; 3- Cơ cấu lái; 4- Dẫn động lái; 5a, 5b – Bánh xe dẫn hướng; 6- Xi lanh trợ lực P 1 - Lực quay vòng của người lái đặt trên vành tay lái. P 2 - Lực trên ngõng lái (hoặc thanh răng). P 3-1 , P 3-2 - Lực cản quay vòng các bánh xe. M 1 – Mô men do người lái tác động vào trục lái. Trên sơ đồ mô hình toán học của HTL có trợ lực có thêm phần tử 6 (so với HTL cơ bản, hình 1-1) đó là phần tử trợ lực. Phần tử trợ lực tạo ra một lực P TL tác động vào cơ cấu lái để hỗ trợ cho lực của người lái. Như vậy, cơ cấu lái 3 sẽ là bộ phận tổng hợp của 2 lực: + Lực do mô men M 1 được chuyển hoá từ lực của người lái P 1 + Lực P TL sinh ra do phần tử trợ lực Cả 2 thông số này đều biến đổi theo lực cản quay vòng của ôtô 6 1 2 3 4 5a 5b 6 P 1 M 1 M 1 P 2 P 3-1 P 3-2 P c1 P c2 P TL 1.3.3. Đặc tính trợ lực thuỷ lực Trong thiết kế hệ thống trợ lực lái người ta có thể chọn chế độ điều khiển sao cho lực lái P 1 đặt trên vô lăng tương đối nhỏ, khoảng 3kg đến 5kg ở vị trí P cmax . Tuy nhiên, nếu đặc tính này bất biến thì sẽ xảy ra tình trạng “ bay tay lái” ở tốc độ cao vì khi xe chạy tốc độ cao thì lực cản quay vòng nhỏ và lực đặt trên vành tay lái nhỏ quá làm mất cảm giác mặt đường của người lái. Vì vậy trong các HTL trợ lực hiện đại người ta thực hiện chế độ điều khiển thay đổi hệ số trợ lực lái, tức là ở tốc độ càng cao càng phải giảm phần P TL có thể giảm tới 0 và khi đó coi như hệ thống trợ lực không làm việc. Nói cách khác, người ta có thể tạo ra một chùm các đặc tính trợ lực ( các đường tia trên đồ thị đặc tính trợ lực hình 1-3) Hình 1-3 Đồ thị đặc tính trợ lực P TL P 1 Không có trợ lực Có trợ lực 7 P 1 O P ci P cmax P c 1.4. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái trên xe Matiz 1.4. 1 Bố trí chung hệ thống lái xe Matiz Hệ thống lái xe Matiz được bố trí ở cầu trước phía sau tâm trục bánh xe, sơ đồ bố trí chung của hệ thống lái được thể hiện trên hình 2.1. Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính là vành tay lái, hộp lái và trục lái, cơ cấu lái, hình thang lái và trợ lực lái (trên xe Matiz đời SE). a. Vành lái, hộp lái và trục lái Vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng của người lái từ vành lái đến bánh răng của cơ cấu lái. Vành tay lái có dạng vành tròn, có nan hoa bố trí không đều quanh vành trong của vành lái. Hộp lái được bố trí trên trục lái để lắp đặt các thiết bị điều khiển như bộ điều khiển xi nhan, bộ điều khiển gạt nước, ổ khóa điện Hình 2.1. Bố trí chung hệ thống lái xe Matiz 1- Vành tay lái; 2- ống trục lái; 3- Trục trung gian; 4- Hộp cơ cấu lái; 5- Đòn kéo bên; 6- Cam quay; 8 Trục lái gồm có trục lái chính và ống trục lái, trục lái chính có dạng trục đặc còn ống trục lái có dạng trục rỗng, ống trục lái là nơi chứa trục lái chính và lắp đặt trục lái vào vỏ xe. Trục lái xe Matiz là loại không thay đổi được góc nghiêng, trên trục lái có bố trí cơ cấu hấp thụ va đập, cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va chạm trực diện. b. Cơ cấu lái Cơ cấu lái của xe Matiz là cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng, bánh răng trụ răng xoắn được chế tạo liền với trục. Cơ cấu lái đóng vai trò là hộp giảm tốc biến chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động tịnh tiến qua lại của thanh lái ngang đồng thời đảm bảo truyền và tăng momen quay của người lái từ vành lái tới các bánh xe dẫn hướng. c. Hình thang lái Nhiệm vụ của hình thang lái là truyền động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo quan hệ quay của các bánh xe dẫn hướng để không xảy ra hiện tượng trượt bên ở tất cả các bánh xe khi xe quay vòng giúp điều khiển ô tô nhẹ nhàng và lốp xe ít mài mòn. Trên xe Matiz sử dụng hệ thống treo độc lập, các bánh xe dẫn hướng bên trái hoặc bên phải có thể dao động độc lập với nhau nên cấu tạo của hình thang lái có khác so với loại xe sử dụng hệ thống treo phụ thuộc. Đó là thanh lái ngang của hình thang lái không thể làm liền mà phải cắt rời thành nhiều đoạn và liên kết với nhau bằng các khớp cầu nhằm đảm bảo các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển độc lập, nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học của cơ cấu hình thang lái. Chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái do thanh răng của cơ cấu lái cùng với thanh kéo bên của hình thang lái đảm nhiệm. d. Trợ lực lái 9 Xe sử dụng trợ lực lái thủy lực với van phân phối kiểu van xoay. Van phân phối được bố trí kết hợp với cơ cấu lái cùng với trục bánh răng trụ xoắn, xi lanh lực được bố trí kết hợp với thanh răng có nghĩa là kết hợp nằm trên thanh lái ngang. Bơm dầu trợ lực lái là bơm kiểu cánh gạt dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động cơ. 1.4. 2 Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Matiz a. Vành tay lái, hộp lái và trục lái Vành tay lái và trục lái được đặt trong buồng lái, đường kính vành tay lái là 370 mm, hành trình tự do của vành tay lái là 0 ± 20 mm. Đặc điểm kết cấu của vành tay lái và trục lái được thể hiện trên hình 2.2. Trên vành tay lái còn bố trí nút điều khiển còi. Để cố định vành tay lái vào trục lái 10ien đai ốc vành lái (2) kết hợp với đệm khóa đai ốc (3). 10 [...]... tr i: Pc = f(Mc) song song vi ng PL0 = f(Mc0) Hiu s cỏc to ca hai ng Pc v Pl chớnh l lc to nờn bi b cng hoỏ Lc ny phi ph thuc vo ỏp sut mụi trng lm vic v ng kớnh ca xilanh P 419,5N B Khụng cú cng hoỏ Có cửụứng hoa Coự cờng hoá 90N 25N 0 A 71,5Nm C D 1204Nm Hình 3.8 Đồ thị đặc tính của bộ cờng hoá 28 Mc Lc cng hoỏ cc i quy dn v vnh tay lỏi: PCH max = PL 0 max PLCH max = 419,5 90 = 329,5( N ) 2.3 Tớnh . m en lái C B gó c qu ay tr ục lái C B dò ng đi ều kh iể n Lự c lái biế n thiê n the o tốc độ Định giá trị trợ lực Các hệ thống lái trợ lực thủy lực Hệ thống trợ lực thủy lực. 1.1 - Tổng quan hệ thống lái có trợ lực. 1- Bình dầu và bơm trợ lực lái Cơ cấu lái và xi lanh trợ lực kết hợp hoặc cơ cấu lái riêng; 2- xi lanh trợ lực riêng;. 3- Van trợ lực (có thể kết hợp. quay bánh xe Hệ thống trợ lực thủy lực với van xoay, van cánh Tỷ lệ theo mức cản quay bánh xe Các hệ thống lái trợ lực điều khiển điện- điện tử Hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển