BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỖ ĐẮC HOÀNG
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM
HỆ THỐNG THỦY LỰC TRỢ LỰC TAY LÁI
CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ XUÂN TRƯỜNG
HÀ NỘI - 2015
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Mục lục
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Trang
Lời cam đoan
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
27
2.3. Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
33
Chương III. Tính toán thiết kế trợ lực lái
40
3.1. Nguyên lý trợ lực
40
3.2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
44
3.3. Tính toán động lực học hệ thống lái
52
3.4. Tính toán cường hóa lái
56
3.5. Tính toán xy lanh lực
60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
19
20
21
22
23
Tên danh nghĩa
B
BT
BS
H
∑L
L Tl
Rl
V max
N
N
N
N
N
inch
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
Km/h
Mc
Ml
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
07
Hình 1-7: Hộp số lái kiểu trục vít – ê cu – bi – cung răng
07
Hình 1-8: Hộp số lái bánh răng – thanh răng
08
Hình 1-9: Cấu tạo hình thang lái điển hình
09
Hình 1-10: Kết cấu thanh nối bên
10
Hình 1-11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang
12
Hình 1-12: Các giai đoạn của quá trình quay vòng
13
Hình 1-14: Sơ đồ động học xe ô tô
14
Danh mục bảng biểu và hình vẽ
Hình 1 - 23: Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster
20
Hình 1 - 24: Góc kingpin
21
Hình 1 - 25: Giảm lực đánh lái
22
Hình 1 - 26: Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía
22
Hình 1 - 27: Độ chụm độ choãi
23
Hình 1 - 28: Góc quay vòng
24
Hình 2 - 1: Hệ thống lái cơ học loại trục vít – bánh vít
25
Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý bơm trợ lực cánh gạt
33
Hình 2 - 10: Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
34
Hình 2 - 11: Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử
34
Hình 2 - 12: Bộ trợ lực điện
35
Hình 2 - 13: Các chi tiết của bộ trợ lực lái
36
Hình 2 - 14: Đồ thi thể hiện sự thay đổi tỷ số truyền
37
Hình 2 - 15: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
38
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
45
Hình 3-7: Van phân phối, xilanh lực đặt thành một cụm, tách biệt với cơ
cấu lái
45
Hình 3-8: Van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm tách biệt với
xilanh lực
46
Hình 3-9: Bộ cường hóa bố trí van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một
cụm, xilanh lực nằm ở trên hình thang lái
Hình 3-10: Cơ cấu trợ lực lái kết hợp đòn kéo ngang.
47
Hình 3-11: Van điều khiển kiểu quay
48
Hình 3-12: Mạch điều khiển thuỷ lực của van quay
49
Hình 3-12: Sơ đồ điều khiển dạng van cánh
50
Hình 4 - 3: Mô hình phẳng một vệt của ô tô
71
Hình 4 - 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe
77
Hình 4 - 6: Đồ thị đặc tính tốc độ của góc lệch bên
79
Hình 4 - 7: Đồ thị đặc tính tốc độ của gia tốc bên
80
ε̇
81
α
82
Hình 4 - 3: Đường Đặc tính tốc độ của � � [(m/s2)/rad]
ÿ
82
Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là một phương tiện giao thông đang dần dần phổ biến ở nước ta. Nó
giữ vai trò quan trọng trong mạng lưới giao thông đường bộ. Từ khi ra đời
cho đến nay, ngành công nghiệp ô tô đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển
cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật.
Với sự tăng trưởng tốc độ và mật độ chuyển động của ô tô ngày nay đòi
hỏi ô tô phải đảm bảo tính điều khiển ở mức độ cao. Nhằm đảm bảo tính an
toàn khi chuyển động của xe, hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra.
Hệ thống lái là một trong những hệ thống hết sức quan trong trên ô tô. Nó
quyết định tới tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô. Để giảm sự
mệt mỏi cho người lái, hệ thống trợ lực lái ra đời và phát triển không ngừng,
và cho đến nay, hệ thống trợ lực lái là một trong những hệ thống đương nhiên
phải có trên các phương tiện giao thông hiện đại.
Đề tài “Tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống thủy lực trợ lực tay
lái cho phương tiện giao thông” Với mục đích xem xét, tính toán và đánh giá
hệ thống thủy lực trợ lực cùng với đánh giá động lực học ô tô khi quay vòng.
Từ đó đưa ra những lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động và ổn định
cho xe khi chuyển hướng.
Nội dung đề tài :
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
Trình bày về nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động
chung của một hệ thống lái. Đưa ra một số bộ phận chính và các thông số cơ
bản của hệ thống lái.
Chương II: Một số hệ thống lái thông dụng
Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động một số hệ thống lái cũng như từng
bộ phận của hệ thống lái đó. Hệ thống lái thuần túy cơ khí, hệ thống lái có trợ
lực và hệ thống lái trợ lực có điều khiển.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI.
1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại
1.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển
động của ô tô khi cần thiết. Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách:
+ Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng (hình1-1(a))
+ Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động (hình1-1(b))
+ Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên.
Phương pháp quay các bánh xe dẫn hướng để quay vòng xe cơ giới được sử
dụng phổ biến nhất hiện nay. Phương pháp thay đổi hướng momen ở các bánh xe
chủ động thường áp dụng cho các loại xe cơ giới bánh xích. Đối với xe bánh xích,
có thể kết hợp việc truyền momen khác nhau đến các bánh chủ động ở hai bên của
xe với việc hãm các bánh xe phía gần tâm quay vòng để quay vòng trên diện tích rất
nhỏ, thậm chí có thể quay vòng xe tại chỗ.
Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì hệ thống lái là hệ thống quan trọng
nhất.
Hình 1 - 1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Đảm bảo cho xe quay vòng ngoặt, trong thời gian ngắn, trên diện tích bé.
+ Đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe dẫn hướng tránh trượt lê gây
mòn lốp.
Trang 1
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
d) Theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái.
+ Loại trợ lực lái thủy lực.
+ Loại trợ lực lái loại khí (khí nén hoặc chân không).
+ Loại trợ lực lái cơ khí.
+ Loại trợ lực lái dùng điện.
Ngoài ra hệ thống lái còn được phân ra: Hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái
không trợ lực. Trong hệ thống lái có trợ lực lại được phân ra hệ thống lái trợ lực
không có điều khiển và hệ thống lái trợ lực có điều khiển điện tử.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái
1.2.1. Cấu tạo
Hình 1 - 2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái
1.Vành tay lái (vô lăng)
2.Trục lái
3.Ống bọc trục lái
4.Cơ cấu lái
5.Tay biên
6.Trụ đứng(chốt chuyển hướng)
7.Đòn quay (cam quay)
8.Thanh bên của hình thang lái
9.Khớp cầu nối
10.Đòn ngang (thanh ngang)
11.Đòn kéo dọc
Trang 3
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
tác dụng lên người lái khi xe bị tai nạn. Trục lái được gá với thân xe qua một giá đỡ
kiểu dễ vỡ do vậy khi xe bị đâm trục lái có thể dễ dàng bị phá sập. Đầu dưới của
trục lái chính nối với cơ cấu lái bằng khớp mềm hoặc khớp các đăng để giảm thiểu
việc truyền chấn động từ mặt đường qua cơ cấu lái lên vô lăng. Cùng với cơ cấu hấp
thụ va đập, trục lái chính trên một số xe còn có thể có một số kết cấu dùng để khống
chế và điều chỉnh hệ thống lái: ví dụ cơ cấu khóa tay lái nghiêng, cơ cấu trượt tay
lái.
1.3.2. Cơ cấu lái
1.3.2.1. Chức năng
Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái có chức năng :
- Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của dẫn động lái.
- Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng xe nhẹ
nhàng hơn.
Cơ cấu lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi
quy ước là trục quay của cơ cấu lái và trục lắc của cơ cấu lái. Trục quay là đầu vào
của cơ cấu lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dưới của trục lái và thực hiện chuyển
động quay theo chuyển động của trục lái. Trục lắc là đầu ra của hộp số lái nó liên
kết với đòn lắc chuyển hướng của dẫn động lái.
1.3.2.2. Một số cơ cấu lái thường dùng
Căn cứ vào đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp truyền động trục
quay – trục lắc có thể phân biệt các kiểu cơ cấu lái sau:
Cơ cấu lái trục vít - cung răng:
1-Trục vít
2-Cung răng
3- Trục lắc
Hình 1 - 4: Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
một trục vít nhưng có mặt cắt ngang giống một trục cam do các rãnh có độ sâu thay
đổi theo chu vi, bởi vậy hộp số lái kiểu này còn gọi là kiểu cam đòn lắc.
1- Trục vít
2- Đòn lắc
3- Chốt
4- Trục lắc
5- Đòn lắc chuyển hướng
Hình 1 - 6:
Hộp số lái kiểu trục vít – đòn lắc
Cơ cấu lái kiểu trục vít - đòn quay cho phép dễ dàng thay đổi tỷ số truyền theo
yêu cầu, nhưng có hiệu suất thấp và các chốt của kiểu hộp số lái này thường mòn
nhanh. Kiểu hộp số lái này ngày càng ít được sử dụng trên các loại ôtô đời mới.
Cơ cấu lái kiểu trục vít - ê cu – bi - cung răng:
1- Trục vít
2- Ecu
3- Cung răng
4- Trục lắc
5- Bi
6- Đòn lắc chuyển hướng
Hình 1 - 7:
Hộp số lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng
Trang 7
Khi bánh răng quay, thanh răng sẽ chuyển động tịnh tiến trên mặt phẳng ngang sang
trái hoặc phải tuỳ theo chiều quay của vành tay lái. Trong dẫn động lái với hộp số
lái kiểu bánh răng - thanh răng không có đòn lắc chuyển hướng mà thanh răng trực
tiếp truyền chuyển động ngang cho các thanh nối.
1.3.3. Dẫn động lái
Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn, các thanh liên kết với nhau để truyền lực
từ cơ cấu lái đến các bánh xe điều khiển, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ô
tô quay vòng với động học đúng. Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang
lái, có nhiệm vụ đảm bảo động học các bánh xe dẫn hướng của ô tô làm cho lốp xe
không bị trượt, lê khi lái, giảm mòn lốp. Kết cấu của hình thang lái phải phù hợp
với bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo để khi bánh xe dao động thẳng đứng thì
không ảnh hưởng đến động học của dẫn động lái.
Cấu tạo hình thang lái điển hình (Hình 1-9)
+ Đòn lắc chuyển hướng là chi tiết liên kết với trục lắc của hộp số lái và truyền
chuyển động của trục lắc đến phần còn lại của dẫn động lái. Thông thường một đầu
của đòn lắc chuyển hướng liên kết với trục lắc của hộp số lái bằng then hoa, đầu còn
lại liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp cầu.
Hình 1 - 9: Cấu tạo hình thang lái điển hình
1,4 -Đòn lắc chuyển hướng, 2-Thanh nối giữa, 3-Thanh nối bên,
5- Đòn lắc phụ, 6- Khớp cầu, 7- Vú mỡ, 8- Vòng đệm
+ Đòn lắc phụ cũng có một đầu liên kết với một đầu của thanh nối giữa bằng khớp
nối cầu, đầu còn lại được lắp trên khung ôtô thông qua trục. Đòn lắc phụ cũng thực
Trang 9
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
hiện chuyển động lắc hoàn toàn giống chuyển động của đòn lắc chuyển hướng
6 - a) Kiểu ống, b) Kiểu bulông
Với hình (H1-10a), ống điều chỉnh có ren, các đầu của đầu trong và đầu ngoài
của thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một đầu ren trái, còn đầu kia có ren phải.
Trang 10
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
Khi cả hai đầu đã được vặn vào ống điều chỉnh, nếu xoay ống điều chỉnh sẽ làm cho
chiều dài toàn bộ của thanh nối bên tăng lên hoặc giảm đi tuỳ theo chiều xoay của
ốc điều chỉnh. Các kẹp đàn hồi có tác dụng ngăn không cho ống điều chỉnh tự xoay
trong quá trình ôtô vận hành.
Với hình (H1-10b) bulông điều chỉnh có ren, các đầu trong và đấu ngoài của
thanh nối bên cũng có ren, trong đó có một ren trái và một đầu có ren phải. Xoay
bulông điều chỉnh sẽ làm thay đổi chiều dài toàn bộ thanh nối bên.
1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống lái
1.4.1. Tỉ số truyền của hệ thống lái
Trong hệ thống lái có các tỉ số truyền sau:
+ Tỉ số truyền của cơ cấu lái i ω
+ Tỉ số truyền của dẫn động lái i d .
+ Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái ig.
+ Tỉ số truyền lực của hệ thống lái i l .
Tỉ số truyền của cơ cấu lái i ω .
Tỉ số của góc quay của vô lăng chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng.
Tùy theo cơ cấu lái i ω có thể không đổi hoặc thay đổi. Ở loại cơ cấu lái có tỉ số
truyền thay đổi, tỉ số truyền có thể tăng hay giảm khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí
trung gian.
Loại cơ cấu lái có tỉ số truyền thay đổi theo xu hướng giảm khi quay vành tay
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.
Ở đó:
𝑃𝑃𝑐𝑐 =
𝑖𝑖𝑙𝑙 =
𝑀𝑀𝑐𝑐
;
𝑐𝑐
𝑃𝑃𝑐𝑐
𝑃𝑃𝑙𝑙
𝑃𝑃𝑙𝑙 =
M c : mômen cản quay vòng của bánh xe
Trang 12
𝑀𝑀𝑙𝑙
𝑟𝑟
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
c: cánh tay đòn quay vòng, tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường
trục đứng kéo dài.
Trang 13
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
+ Giai đoạn I –Xe bắt đầu đi vào đường vòng (đoạn 1-2 trên hình 1-12) đặc trưng
bằng bán kính quay vòng giảm dần (R # const ).
+ Giai đoạn II – Là giai đoạn xe quay vòng đều (đoạn 2-3 trên hình 1-12) đặc trưng
bằng bán kính quay vòng không đổi (R = const).
+ Giai đoạn III –Xe đi qua khỏi đường vòng (đoạn 3-4 trên hình 1-12) đặc trưng
bằng bán kính quay vòng tăng dần (R # const) và ở cuối giai đoạn này thi xe trở lại
trạng thái chuyển động thẳng (R =∞)
Trong trường hợp này ta chỉ khảo sát động học và động lực học quay vòng đều
của xe với bán kính quay vòng R = const và vận tốc quay vòng ω = const.
Đối với chuyển động của các vật rắn, để các bánh xe ôtô không bị trượt khi
quay vòng thì các đường thẳng đi qua trục các bánh xe phải cắt nhau tại một điểm là
tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O trên hình 1-12, 1-14)
Hình 1 - 13: Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng
Hình 1 - 14: Sơ đồ động học của xe ôtô
Trang 14
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
Đối với xe hai cầu, trong đó cầu trước là dẫn hướng để tất cả các bánh xe không
trượt khi quay vòng thì tâm quay vòng O của xe phải nằm trên đường tâm của cầu
Trang 15
Copyright: Tài liệu đại học ©