MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực không ngừng phát triển và đạt
được thành tựu to lớn.
Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô
đã chế tạo ra nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo
vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô.
Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài “ Nghiên cứu hệ thống lái
xe Toyota Innova, thiết kế mô hình hệ thống lái có trợ lực thủy lực ”. Nội dung của đề
tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ
thống của ôtô nói chung và hệ thống lái của xe Toyota Innova nói riêng; từ đây có thể
đi sâu nghiên cứu về chuyên môn.
Tập đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơ
bản về hệ thống lái trên ôtô. Trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể
tránh khỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết. Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn
đề bảo dưỡng, sửa chữa.
Được sự hướng dẫn rất tận tình của thạc sĩ Trần Văn Trung, cùng với sự nỗ lực
của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này. Vì thời gian và kiến thức có
hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Vì vậy em
mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện
hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thạc sĩ Trần Văn Trung. Qua đây em
cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất
nhiều kiến thức quý báu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt
nghiệp.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 3 năm 2012.
1
Sinh viên thực hiện.
Nguyễn Hồng Nam
PHẦN 1: MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải có
đã được khách hàng đón nhận nồng nhiệt. Tới Việt Nam vào tháng 1/2006, ngay lập
tức Innova đã lập nên những kỷ luật trên thị trường xe hơi Việt Nam, trở thành model
đầu tiên và duy nhất cho tới hiện nay đạt và vượt ngưỡng tiêu thụ 1.000 xe/tháng
cũng như là mẫu xe bán chạy nhất liên tục trong 5 năm vừa qua. Tính tới hết tháng
1/2010, mẫu xe Innova đã đạt doanh số bán tổng cộng hơn 53.600 chiếc, chiếm tới
64% thị phần phân khúc xe đa dụng ở việt Nam. Trong 5 năm này, đã có nhiều mẫu
xe đa dụng khác, của các thương hiệu khác xuất hiện, thậm chí có những đối thủ từng
được dự đoán sẽ cạnh tranh trực tiếp với vị trí của Innova Thế nhưng mọi dự đoán
dường như đều trật ! Vị trí số một- Xe bán chạy nhất trên thị trường của Innova
không những được củng cố mà còn tiếp tục nới rộng thêm khoảng cách với các đối
thủ phía sau.
3
Hình 1.1. Hình dáng ngoài xe Toyota Innova
Tại Việt Nam, kể từ khi ra mắt vào tháng 1/2006, mẫu Innova đã đạt được
những thành công lớn. Hiện tại, Innova là mẫu xe bán chạy nhất thị trường, với doanh
số cộng dồn đạt trên 45.789 xe (tính đến hết tháng 12/2009). Bao gồm các mẫu xe
Innova J, G, V
Tháng 1/2010 Toyota Việt Nam ra mắt phiên bản mới INNOVA GSR.
Innova GSR được trang bị hộp số tay 5 cấp, động cơ 2.0L DOHC 4 xy-lanh
thẳng hàng, phun xăng điện tử 1TR-FE, sử dụng hệ thống điều khiển phối khí thông
minh (VVT-i).
Trang thiết bị an toàn gồm : cấu trúc khung gầm TOP (Toyota Outstanding
Performance), khung xe GOA (Global Outstanding Assessment) hấp thụ xung lực, hệ
thống phanh đĩa phía trước và phanh tang trống phía sau có sự hỗ trợ của van phân
phối lực phanh.
Ngoài ra, Innova GSR còn được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh, cảm
biến lùi, hai túi khí phía trước, cột lái tự đổ
Hệ thống treo của Innova GSR là loại lò xo cuộn, đòn kép và thanh cân bằng
cho hệ thống treo trước. Hệ thống treo sau có cấu trúc 4 điểm liên kết với lò xo cuộn
và tay đòn bên
• Cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng, trong đó thanh răng làm luôn chức
năng của thanh lái ngang trong hình thang lái.
• Dẫn động lái gồm có: vành tay lái, vỏ trục lái, trục lái, truyền động các
đăng, thanh lái ngang, cam quay và các khớp nối.
• Trợ lực lái gồm các bộ phận cơ bản: bơm dầu, van phân phối và xi lanh
lực.
• Bán kính quay vòng: Bán kính quay vòng tối thiểu 5,4 m.
Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Innova
STT TÊN THÔNG SỐ ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ
INNOVA V INNOVA G
1 Động cơ 2,0 lít (1TR-FE)
2 Hộp số 4 số tự động 5 số tay
3
Kích thước tổng thể (dài x
rộng x cao)
mm 4.580 x 1.770 x 1.745
4 Chiều dài cơ sở mm 2.750
5
Chiều rộng cơ sở
(trước/sau)
mm 1.510/1.510
6 Khoảng sáng gầm xe mm 191
7
7 Trọng lượng không tải kg 1.565-1.585 1.530 -1.550
8 Trọng lượng toàn tải kg 2.130 2.130
9 Hệ thống phanh
Trước Đĩa thông gió
Sau Tang trống
10 Hệ thống treo
Trước
Tay lái
gật gù
Có
25
Hệ thống chống bó cứng
phanh (ABS)
Có
26 Cảm biến lùi Có
27 Sưởi kính sau Có
28 Túi khí Có (Người lái và hành khách phía trước)
29 Cột lái tự đổ Có
30 Chất liệu ghế Da Nỉ cao cấp
8
Hình 1.2 : Bản vẽ tổng thể xe Toyota Innova.
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA INNOVA
2.1. Giới thiệu chung về hệ thống lái ô tô :
2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu :
2.1.1.1. Công dụng :
− Để thay đổi phương chuyển động của ô tô.
− Để giữ đúng phương chuyển động của ô tô theo ý muốn của lái 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.
9
+ Trợ lực 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.
2.1.1.2. Phân loại :
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 15
0
khi có
trợ lực và không lớn hơn 5
0
khi không có trợ lực).
+ 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 ngắn, trên một diện tích 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 gặp
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: P
lvmax
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.
2.1.2. Các chỉ tiêu và thông số đánh giá hệ thống lái.
2.1.2.1. Tỷ số truyền của hệ thống lái.
Với ô tô du lịch :
Tỷ số của góc quay vành tay lái lên góc quay của bánh dẫn hướng. Tỷ số truyền này
bằng tích số của tỷ số truyền của cơ cấu lái với tỷ số truyền dẫn của động lái .
(2.1)
d. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái .
Hình 2.1 : Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang .
Tỷ số của tổng lực cản khi ô tô quay vòng chia cho lực đặt trên vành tay lái cần
thiết để khắc phục được lực cản quay vòng.
; ;
Trong đó: - mômen cản quay vòng của bánh xe ;
C - cánh tay đòn quay vòng, tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến
đường trục đứng kéo dài ( hình 2.1);
- mômen lái đặt trên vành tay lái ;
- bán kính vành tay lái.
13
Như vậy :
Bỏ qua các lực ma sát ta có và do đó
(2.2)
Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là và tỷ số truyền góc
không vượt quá 25 vì vậy không được chọn lớn quá. Cánh tay đòn c cũng
không nên giảm nhiều vì giảm nhiều sẽ làm cho ô tô chuyển động không ổn định vì
bánh xe nghiêng trong mặt phẳng ngang nhiều quá, hiện nay chọn trong khoảng
từ 100 300.
Nếu tỷ số truyền đòi hỏi phải lớn hơn thì cần thiết phải đặt bộ trợ lực tay lái
trong hệ thống lái.
2.1.2.2. Hiệu suất của hệ thống lái.
Hiệu suất ( ) của hệ thống lái được đánh giá bằng tích :
(2.3)
khi truyền lực từ vành lái đến bánh xe dẫn hướng ( thuận )
khi truyền lực từ bánh xe dẫn hướng đến vành lái ( nghịch )
được đánh giá bằng tổn thất do ma sát trong các khớp quay ở các thanh lái và
của bánh xe dẫn hướng tăng, bánh xe dẫn hướng khó tự trở về vị trí trung gian ).
+ Để tăng tính ổn định của bánh xe dẫn hướng và cảm giác của lái xe với mặt đường:
cần tăng .
+ Để giảm va đập từ đường lên vành lái : cần giảm .
Do đó , trong thiết kế , giải quyết mâu thuẫn này bằng cách chọn thích hợp.
Khi trong hệ thống lái có trợ lực, những yêu cầu đặt ra về không đòi hỏi khắt khe
nữa vì trợ lực có tác dụng làm giảm lực va đập truyền đến vô lăng và có khả năng tự
động đảm bảo tính ổn định cho bánh xe dẫn hướng.
2.1.2.3. Khe hở ăn khớp của hệ thống lái.
− Khe hở trong các khâu của hệ thống lái cần trong giới hạn thấp nhất cho phép để
không ảnh hưởng đến sự làm việc của bánh xe dẫn hướng.
− Khi làm việc, bề mặt các cặp chi tiết bị mài mòn ( đặc biệt ứng với vị trí xe đi thẳng ),
do đó tại vị trí này, khe hở ăn khớp là nhỏ nhất ( ) và tăng dần sang 2 phía (
).
tại vị trí trung gian.
+ Làm tăng độ nhạy điều khiển.
+ Quá trình điều khiển được chính xác khi ô tô chạy trên đường tốt, tốc độ
cao.
− Quy luật thay đổi để khi điều chỉnh, bù trừ được sự mài mòn ở phần giữa mà
không gây kẹt khi quay vòng về 2 phía.
16
- góc quay trục đòn lái đứng.
2.1.2.4. Độ rơ vành lái.
Độ rơ vành lái là chỉ tiêu an toàn quan trọng. Độ rơ vành lái càng nhỏ càng tốt
tuy nhiên điều này khó thực hiện ngay cả khi hệ thống còn mới. Sau thời gian sử
dụng các mặt lắp ghép bị mòn sẽ làm tăng độ rơ vành lái, trong quá trình bảo dưỡng
sửa chữa cần được điều chỉnh hợp lý.
Quy định về độ rơ vành lái như sau:
− Với ô tô có tốc độ lớn nhất trên 100km/h, độ rơ vành lái không vượt quá 18°.
− Với ô tô có tốc độ lớn nhất trên 25-100km/h, độ rơ vành lái không vượt quá
+ Ở những loại xe được thiết kế hiện nay, hệ thống treo được thiết kế rất cứng vững
nên đảm bảo được độ bền của cầu trước. Vì vậy, các góc camber được thiết kế gần
bằng 0, có loại xe góc camber bằng 0. Mặc khác, người ta còn tạo ra góc camber cho
một số xe, để cải thiện tính năng quay vòng của xe.
− Camber dương:
Mục đích của việc bố trí góc camber dương:
+ Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc camber bằng 0, lúc này tải trọng tác
dụng lên trục sẽ có điệm đặt tại giao điểm của đường tâm lốp và trục. Lực này được
trình bày trên hình (lực F’), sự tác dụng của lực này làm cho trục hay cam quay dễ bị
cong. Vì thế, góc camber dương sẽ giảm tải trọng tác dụng tác dụng vào phía trong
của trục, làm giảm lực tác dụng lên trục và cam quay.
+ Ngăn cản sự tuột bánh xe: Góc camber dương được bố trí như hình vẽ, lúc này xuất
hiện lực F có độ lớn bằng tải trọng của xe, có phương vuông góc với mặt đường. Lực
F được phân tích thành 2 lực thành phần:
Lực F
1
có phương vuông góc với đường tâm của trục.
Lực F
2
có phương song song với đường tâm của trục.
Chính vì, lực F
2
xuất hiện và có phương như hình vẽ mà làm cho bánh xe khó bị tuột
ra khỏi trục. Tuy nhiên, phải dùng ổ bi trong lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này.
19
Hình 2.3: (a) Hình 2.3: (b)
− Camber bằng 0:
Người ta bố trí góc camber bằng 0 cho một số xe với mục đích chính là để ngăn
cản sự mòn không đều của lốp xe khi tiếp xúc với mặt đường.
+ Nếu như bánh xe được đặt camber dương: phía ngoài lốp sẽ quay với bán kính nhỏ
− Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng tới mặt đất mặt đất tiếp xúc lốp
xe và đường, khoảng cách này là khoảng Caster.
− Góc Caster thì ảnh huởng đến độ ổn định của chuyển động, còn khoảng Caster ảnh
hưởng đến tính năng hồi vị của bánh xe khi xe chuyển động quay vòng.
22
Hình 2.7 : Góc caster và khoảng caster.
Chức năng của góc Caster.
− Ổn định chuyển động thẳng: Trường hợp xe quay vòng, xe bố trí góc Caster dương
quay sang trái. Lúc này, trục của bánh xe có xu hướng bị đè xuống do nó quay quanh
trục xoay đứng đặt nghiêng. Thực tế thì cam quay bên trái bị đẩy lên phía trên, tác
dụng nâng thân xe lên (do thân xe gắn với trục). Khi quay vòng hoàn tất và vôlăng ở
vị trí cân bằng (tâm cân bằng), trọng lượng của xe được đẩy lên làm cam dịch chuyển
xuống phía dưới. Chính vì vậy, trục bánh xe sẽ xoay về vị trí chuyển động thẳng ban
đầu.
Việc nâng thân xe lên, làm bánh xe hồi vị do xuất hiện mômen kích tác dụng làm
ổn định chuyển động của xe.
− Hồi vị bánh xe do tác dụng của khoảng Caster: Người ta thường bố trí bánh xe có cả
góc Caster và khoảng Caster, việc bố trí này có các ưu điểm:
+ Vì giao điểm giữa đường tâm xoay đứng với mặt đường nằm phía trước giao điểm
giữa lốp xe với mặt đường. Bánh xe lúc này có xu hướng bị kéo về phía trước, xu
hướng này giúp ổn định chuyển động thẳng.
23
+ Caster dương có tác dụng hồi vị bánh xe, quá trình hồi vị này là do tác dụng của
mômen sinh ra quay quanh trục xoay đứng a và a’ khi xe quay vòng. Lực kéo chủ
động P và P’ tác dụng lên a và a’, còn lực cản quay vòng tác dụng lên tâm O và O’
của vùng tiếp xúc lốp và đường (lực này là phản lực F và F’).
+ Lực F được phân tích thành 2 lực thành phần F
1
và F
2
Tạo ra góc camber dương.
Làm nghiêng trục xoay đứng
25
Copyright: Tài liệu đại học ©