LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật trên thế giới đã có những
bước tiến vô cùng mạnh mẽ.Có rất nhiều thành tựu khoa học tiên tiến được ứng dụng
rộng dãi vào đời sống và phát triển kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận
tải.
Trong nền công nghiệp chế tạo ô tô thế giới hiện nay đã có sự phát triển rất lớn
và đang tạo đà cho khả năng phát triển nhanh chóng trong tương lai tới đây.Cùng với
sự phát triển của khoa học, ngành công nghiệp ô tô cũng không ngừng đưa đến cho
người sử dụng những công nghệ mới. Nó khiến cho xe ô tô những trở nên tiện nghi, an
toàn hơn mà còn thân thiện với con người và môi trường. Ngành công nghiệp ô tô hiện
nay đã đưa vào sử dụng các công nghệ hết sức tiên tiến để chế tạo và lắp đặt ô tô như
các loại cảm biến, các thiết bị điều khiển điện, điện tử,…
Ở nước ta ngành công nghiệp ô tô đa phần là lắp ráp và sử dụng.Tuy nhiên cùng
với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật trên thế giới mà các công ty đã
dần đưa các công nghệ tiên tiến, hiện đại ứng dụng vào lắp đặt, chế tạo ô tô. Trong đó
hệ thống lái là một phần rất quan trọng, nó quyết định tới độ an toàn cho người sử
dụng khi tham gia giao thông.
Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của giáo
viên hướng dẫn, em quyết định thực hiện đề tài: “Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống
lái ôtô Land Cruiser và sử dụng phần mềm Matlab để tính toán và kiểm
nghiệm”.Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy ThS. Đồng Minh Tuấn
và Ths. Lê Anh Vũ cùng các thầy cô khác trong bộ môn công nghệ và kỹ thuật ô tô.
Trong thời gian thực hiện đề tài do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế
nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất
mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng tất cả các bạn để đề tài được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, với sự phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật
Chính vì lý do đó, đề tài “Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô Land
Cruiser và sử dụng phần mềm Matlab để tính toán và kiểm nghiệm” có ý nghĩa
hết sức quan trọng trong việc hướng dẫn cho sinh viên chúng em vừa hiểu được kết
cấu, nguyên lý của hệ thống lái, đồng thời biết cách sử dụng phần mềm hỗ trỡ, giúp
cho công việc tính toán, kiểm nghiệm nhanh và chính xác hơn.
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới hệ thống lái đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu và ngày càng
được cải tiến đa dạng về chủng loại. Các hãng ô tô luôn chú trọng phát triển hệ thống
lái nhằm đem lại sự thoải mái cho người sử dụng và quan trong hơn cả là đảm bảo an
toàn khi điều khiển xe tham gia giao thông
Hệ thống lái hiện nay được phát triển với rất nhiều chủng loại để mang đến hiệu
quả cao nhất trong quá trình điều khiển phương tiện.Các nhà chế tạo đã lắp thêm cho
hệ thống lái các thiết bị phụ trợ gọi là hệ thống lái có trợ lực lái, tiêu biểu là hệ thống
lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái trợ lực thủy lực- điện.
Tiêu biểu trong đó như:
- Điện tử hóa hệ thống lái trên ô tô: Hệ thống lái điện tử Drive By Wire của Nissan cho
phép điều khiển dẫn hướng bánh xe bằng các tín hiệu điện tử và truyền động thủy lực.
Công nghệ này được Nissan đưa vào các xe thương mại và 1 số mẫu xe Infiniti 2013.
- Hãng BMW nghiên cứu và đưa vào 1 số dòng xe của mình các đột biến mới rất hiện
đại cho hệ thống lái: Hệ thống lái chủ động (Active steering), hệ thống kiểm soát tốc
độ (Active Cruise Control), hệ thống kiểm soát chế độ dừng và đi (Active Cruise
Control Stop and Go), hệ thống lái linh hoạt (Dynamic Drive), hệ thống lái thông minh
(iDrive), hệ thống trợ lực điện từ Servotronic.
- Hệ thống lái thông minh trên xe Mercedes: Hệ thống lái thông minh (Intelligent Drive
System) thiết kế nhằm tránh hoặc giảm tổn thất khi tai nạn xảy ra bằng hệ thống cảm
biến và máy tính hỗ trợ quá trình lái và phanh. Với hệ thống hỗ trợ lái Distronic Plus
sẽ giúp lái xe đi đúng làn. Camera có thể nhận dạng vạch chỉ đường. Nó cũng có thể
ngăn chặn những chiếc xe khác vượt phải (đối với các nước đi bên phải). Hệ thống
kiểm soát điện tử tự thích nghi duy trì khoảng cách với xe phía trước ở tốc độ lên tới
1.5. Ý nghĩa của đề tài
Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối khi sắp tốt nghiệp có thể củng cố
kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức ngoài thực
tế, xã hội.Tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các học sinh, sinh viên khoá sau có thêm
nguồn tài liệu nghiên cứu, học tập.
Đề tài được giao với mong muốn tính toán, kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe
Toyota Land Cruiser 200, đồng thời ứng dụng phần mềm tính toán để kiểm nghiệm
kết quả.
1.6. Nhiệm vụ của đề tài
Đề tài thực hiện với nội dung: “Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô
Land Cruiser và sử dụng phần mềm Matlab để tính toán và kiểm nghiệm”
Bao gồm nội dung sau:
- Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết về hệ thống lái trên ô tô.
- Chương 3: Hệ thống lái trên xeToyota Land Cruiser 200, tính toán và kiểm
nghiệm hệ thống.
- Chương 4: Ứng dụng phần mềm Matlab trong tính toán, kiểm nghiệm.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài thực hiện theo phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợplập trình phần
mềm trên Matlab để tính toán kiểm nghiệm hệ thống.
CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG LÁI VÀ TÍNH
TOÁN HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ
2.1. Khái quát chung về hệ thống lái trên ô tô
2.1.1. Hệ thống lái không có trợ lực
2.1.1.1. Loại trục vít –con lăn
Hình 2.1. Cơ cấu lái loại trục vít con lăn
1- Trục đòn quay đứng 2- Đệm điều chỉnh 3- Nắp trên
4- Vít điều chỉnh 5- Trục vít 6- Đệm điều chỉnh
Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách
chế tạo bước răng trục vít khác nhau.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu
lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và
khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng.
2.1.1.3. Loại bánh răng - thanh răng
Hình 2.3. Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
Bánh răng 2- Thanh răng 3- Đòn nối khớp cầu
Trên hình 2.3 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống
dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng
bằng lò xo.
+ Ưu điểm:
- Có tỷ số truyền nhỏ, i
ω
nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng
rãi trên các xe đua, du lịch, thể thao
- Hiệu suất cao.
- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.
+ Nhược điểm:
- Lực điều khiển tăng (do i
ω
nhỏ).
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc.
- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng.
2.1.1.4. Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng
Trên hình 2.4 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng cung răng.
Êcu lắp lên trục vítqua các viên bi nằm theo rãnh ren của trục vít cho phép thay đổi ma
sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh răng ăn
2.1.1.6. Loại trục vít- bánh vít
Hình 2.6. Cơ cấu lái loại trục vít bánh vít
1- Vô lăng 2- Hộp trục vít
3- Bánh vít dạng hình quạt 4- Đòn kéo ngang
5- Đòn quay đứng 6- Thanh ngang
7- Đòn kéo dọc
Hệ thống lái loại trục vít bánh vít, dạng bánh răng hình quạt gồm có vành tay lái
(vô lăng) cố định với trục lái. Trục lái được lồng hay đặt trong ống lái và nối với cơ
cấu lái (hộp trục vít và bánh răng dạng hình quạt). Trục của bánh răng hình quạt cố
định với đòn quay đứng, thanh kéo dọc được nối bản lề với đòn quay đứng và thanh
ngang.
2.1.2. Hệ thống lái có trợ lực
2.1.2.1. Khái niệm chung về hệ thống lái có trợ lực
Hệ thống lái có trợ lực là hệ thống lái có khả năng tạo ra lực đẩy phụ hỗ trợ lái
xe quay vòng tay lái khi quay vòng. Việc trang bị hệ thống lái trợ lực sẽ mang lại
những lợi ích sau đây:
- Giảm nhẹ cường độ lao động của người lái vì để quay vòng xe, người lái chỉ cần tác
động lên vành tay lái một mô-men nhỏ hơn so với trường hợp hệ thống lái không có
trợ lực.
- Nâng cao tính an toàn trong trường hợp có sự cố ở bánh xe ( như nổ lốp, bánh xe non
hơi,….) vì trong những trường hợp như vậy việc điều khiển xe sẽ không quá khó khăn
như trường hợp không có trợ lực.
- Giảm va đập từ các bánh xe lên vành tay lái.
2.1.2.2. Một số loại hệ thống lái có trợ lực tiêu biểu
a. Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hình 2.7. Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Các bộ phận chính của hệ thống lái có trợ lực gồm: bơm, van điều khiển, xilanh
trợ lực, hộp cơ cấu lái (bót lái). Hệ thống lái sử dụng công suất động cơ để dẫn động
và góc quay của vô lăng nhờ đó hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.
Hoạt động của bơm:
Hình 2.10. Hoạt động của bơm
1- Cánh bơm 2- Trục rô-to
3- Rô-to 4- Vòng cam
5- Van điều khiển lưu lượng 6- Sau cánh bơm
7- Bình chứa
Trục bơm quay dẫn động cho rô to quay trong stato bơm (hay còn gọi là vòng
cam) được gắn chắc với vỏ bơm.Trên rô to có các rãnh để gắn các cánh bơm. Do chu
vi vòng ngoài của rô to hình tròn nhưng mặt trong của vòng cam hình ô van nên tồn tại
một khe hở giữa rô to và vòng cam.
Cánh bơm sẽ ngăn cách khe hở này để tạo thành các buồng chứa dầu. Cánh
bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của vòng cam bằng lực ly tâm và áp suất dầu tác động
sau cánh bơm nên hình thành một phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất giữa cánh gạt và vòng
cam khi bơm tạo áp suất dầu. Khi rô to quay thì dung tích buồng dầu tăng giảm liên
tục. Hay nói cách khác, dung tích của buồng dầu tăng tại cổng hút, do vậy dầu từ bình
chứa sẽ được hút vào buồng dầu từ cổng hút. Ở cổng xả áp suất giảm do trước đó dầu
được hút vào buồng này và bị ép qua cổng xả. Chu kỳ hút xả diễn ra trong mỗi vòng
quay của trục rô to. Do có 02 cổng hút và 02 cổng xả nên dầu sẽ hút và xả 02 lần trong
trong một chu kỳ quay của rô to.
- Bình chứa
Hình 2.11. Bình chứa cung cấp dầu trợ lực lái
Bình chứa được lắp trực tiếp vào thân bơm hoặc lắp tách biệt. Nếu không lắp
với thân bơm thì sẽ được nối với bơm bằng hai ống mềm.
Thông thường, nắp bình chứa có một thước đo mức để kiểm tra mức dầu. Nếu
mức dầu trong bình chứa giảm dưới mức chuẩn thì bơm sẽ hút không khí vào gây ra
lỗi trong vận hành.Vì vậy bạn hãy định kỳ kiểm tra mức dầu trợ lực lái, nếu thấp hơn
mức cho phép hãy bổ xung bằng loại dầu phù hợp.Nếu không khí lọt vào hệ thống
phải tìm cách xả hết không khí.
lực đánh lái được ổn định theo cách này.
.Hộp cơ cấu lái
Hình 2.14. Hộp cơ cấu lái
1- Thanh răng 2- Pít tông
3- Buồng phải xi lanh 4- Buồng trái xi lanh
Các bộ phận của hộp cơ cấu lái gồm: van điều khiển và xilanh trợ lực lái. Có
thể mô tả toàn bộ hoạt động của hộp cơ cấu lái như sau: Pít tông trong xi lanh trợ lực
được đặt trên thanh răng, và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ
lực lái tác động lên pít tông theo cả hai hướng. Một phớt dầu đặt trên pít tông để ngăn
dầu khỏi rò rỉ ra ngoài.
Trục van điều khiển được nối với vô lăng. Khi vô lăng ở vị trí trung hoà (xe
chạy thẳng) thì van điều khiển cũng ở vị trí trung hoà do đó dầu từ bơm trợ lực lái
không vào khoang nào của xilanh trên thanh răng mà quay trở lại bình chứa. Tuy
nhiên, khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì van điều khiển thay đổi đường truyền
do vậy dầu chảy vào một trong các buồng. Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài
và chảy về bình chứa theo van điều khiển. Nhờ áp lực dầu làm dịch chuyển thanh răng
mà lực đánh lái giảm đi.
Van điều khiển được bố trí trong hộp cơ cấu lái.Hiện nay có 3 loại van điều
khiển khác nhau để điều khiển sự chuyển đổi đường dẫn đó là các van cuộn cảm, van
quay và các van cánh. Trong đó loại van quay được sử dụng phổ biến ở nhiều loại xe.
Tất cả các loại van đó đều có một thanh xoắn nằm giữa trục van điều khiển và trục vít.
Van điều khiển vận hành theo mức độ xoắn của thanh xoắn. Dưới đây ta sẽ đi sâu vào
loại van quay.
Hình 2.15. Van điều khiển
1- Thanh xoắn 2- Trục van điều khiển 3- Cửa hồi
4- Cửa nạp 5- Chốt cố định 6- Trục vít
7- Ống nối “C” 8- Ống nối “A” 9- Ống nối “B”
10- Van quay 11- Hộp van điều khiển
cho người lái xe các thông tin cần lưu ý trong điều kiện vận hành của phương tiện, ví
dụ: Sự biến đổi vận tốc và gia tốc, phản lực lái, không chỉ cải thiện mối quan hệ giữa
người lái và phương tiện mà còn có thể tạo ra sự phù hợp giữa cảm giác của người lái
và hệ thống lái, nhưng chức năng tự động bù khi phương tiện có những biến đổi không
đồng đều mà nguyên nhân do sự xáo trộn gây ra cũng có thể được giải quyết.Trợ lực
lái điện (EPS – Electric Power Steering) là một hệ thống điện hoàn chỉnh làm giảm
đáng kể sức cản hệ thống lái bằng cách cung cấp dòng điện trực tiếp từ mô tơ điện tới
hệ thống lái. Thiết bị này bao gồm có cảm biến tốc độ xe, một cảm biến lái (mômen,
vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một môtơ. Tín hiệu đầu ra từ mỗi cảm biến
được đưa tới ECU có chức năng tính toán chế độ điều khiển lái để điều khiển hoạt
động của Môtơ trợ lực.
Hình 2.17. Hệ thống lái trợ lực điện (EPS)
1- Vô lăng 2- Trụ lái
3- Trục lái 4- Mô tơ điện
5- Cơ cấu lái
* Nhóm này gồm có 3 kiểu trợ lực cơ bản:
Hình 2.18. Trợ lực lái điện – điện tử với mô tơ trợ lực bố trí trên trục lái
+ Trợ lực trên trục lái ( hình 2.18)
+ Trợ lực trên cơ cấu lái ( hình 2.19; 2.20)
Kiểu này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực.
- Môtơ rời, có trục vít ăn khớp với bánh vít trên thanh răng của cơ cấu lái ( hình 2.19)
Hình 2.19. Mô tơ trợ lực lắp ở cơ cấu lái
- Môtơ được chế tạo liền ở cơ cấu lái ( hình 2.20)
Hình 2.20. Trợ lực lái điện điện-điện tử với môtơ trợ lực bố trí ở cơ cấu lái
• Trợ lực trên trục lái.
Môtơ trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít- bánh vít được bố trí ở trục lái chính
( trước đoạn các đăng trục lái). Tại đây cũng bố trí cảm biến mômen lái. Cạnh đó là
ECU trợ lực lái điện – điện tử ( Gọi tắt là EPS ECU): Hình 2.21
Copyright: Tài liệu đại học ©