1

MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................. 3
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ..................................................................... 7
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................ 10
Chương 1TỔNG QUAN VỀ VI SAI .............................................................. 11
1.1 Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe con ....................... 12
1.2 Các dạng sơ đồ hộp số ........................................................................... 13
Chương 2VI SAI TRUYỀN THỐNG ............................................................. 16
2.1 Truyền lực và vi sai cầu ........................................................................ 16
2.2 Vi sai ma sát trong cao ........................................................................... 18
2.2.1 Vi sai ma sát trong nhờ ly hợp đĩa ................................................... 18
2.2.2 Vi sai trục vít-bánh vít ..................................................................... 20
2.3 Cầu có truyền lực cạnh........................................................................... 24
2.3.1 Sự cần thiết của truyền lực cạnh ...................................................... 24
2.3.2 Giảm tốc đặt trước cầu vi sai ........................................................... 25
2.3.3 Bộ giảm tốc đặt cạnh vi sai .............................................................. 25
2.4.4. Giảm tốc cạnh ................................................................................. 27
2.4 Cầu hai tốc độ ........................................................................................ 29
2.4.1 Bộ giảm tốc hai cấp bánh răng thẳng (Rockwell-Standard) ............ 29
2.4.2 Bộ giảm tốc hai cấp dùng bộ truyền hành tinh (Eaton) ................... 31
2.5 Vi sai trung tâm .................................................................................... 32
2.5.1 Những yếu tố gây cưỡng bức động học giữa hai cầu chủ động ...... 32
2.5.2 Sự cần thiết của vi sai trung tâm ...................................................... 32
2.5.3 Vi sai trung tâm................................................................................ 33


2
2.5.4 Vi sai trung tâm kiểu trục vít ........................................................... 35
2.6 Hệ truyền lực 4WD ................................................................................ 36

- ADC

:Điều khiển giảm chấn

- ESP

:Ổn định điện tử

- CDC

:Giảm chẩn thay đổi theo tải

- ABC

:Điều khiển hệ gầm tích cực

- A  m2 

: Diện tích, thiết diện

-c

: Hệ số khí động

-   kg / cm3  : Mật độ không khí
- CL  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp
- CL1  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước
- CL 2  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp sau
- CLR1  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy phải
- CLL1  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy trái

-

r

: Bán kính tự do lốp

- J X  kgm2  : Mômen quán tính trục x của xe
- JY  kgm2 

: Mômen quán tính trục y của xe

- J Z  kgm2 

: Mômen quán tính trục z của xe

- J yA1  kgm2  : Mômen quán tính trục y của cầu trước
- J yA2  kgm2  : Mômen quán tính trục y của cầu sau
- J AyR 1  kgm2  : Mômen quán tính trục y của lốp trước dãy phải
- J AyL 1  kgm2  : Mômen quán tính trục y của lốp trước dãy trái
- J AyR 2  kgm2  : Mômen quán tính trục y của lốp sau dãy phải
- J AyL 2  kgm2  : Mômen quán tính trục y của lốp sau dãy trái
- h  m

: Chiều cao mấp mô của đường

- h1  m 

: Chiều cao mấp mô của đường phía trước

- h2  m 


: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái

- FZt  N 

: Tải trọng tĩnh của bánh xe

- FZ1,t  N 

: Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước

- FZ 2,t  N 

: Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau

- FZd  N 

: Tải trọng động bánh xe

- FZ 1,d  N 

: Tải trọng động bánh xe phía trước

- FZ 2,d  N 

: Tải trọng động bánh xe phía sau

- FC  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo


: Lực cản hệ thống treo trước

- FK 2  N 

: Lực cản hệ thống treo sau

- FKR1  N 

: Lực cản hệ thống treo trước dãy phải

- FKL1  N 

: Lực cản hệ thống treo trước dãy trái


6
- FKR2  N 

: Lực cản hệ thống treo sau dãy phải

- FKL2  N 

: Lực cản hệ thống treo sau dãy trái

- FCL  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe

- FCL1  N 


- m1  kg 

: Khối lượng được treo trước

- m2  kg 

: Khối lượng được treo sau

- mA1  kg 

: Khối lượng không được treo trước

- mA2  kg 

: Khối lượng không được treo sau

- mAR1  kg 

: Khối lượng không được treo trước dãy phải

- mAL1  kg 

: Khối lượng không được treo trước dãy trái

- mAR2  kg 

: Khối lượng không được treo sau dãy phải

- mAL2  kg 

Hình 2.17. Quan hệ giữa tốc độ và góc xoắn biên dạng ................................. 34
Hình 2.18. Vi sai giữa và khoá vi sai ra cầu trước .......................................... 34
Hình 2.19.Hệ truyền lực tandem ..................................................................... 35
Hình 2.20. Vi sai trung tâm kiểu trục vít ........................................................ 35
Hình 2.21. Vi sai trung tâm ............................................................................. 36
Hình 2.22 Vi sai trung tâm với ly hợp ma sát ướt .......................................... 38


8
Hình 2.23. Hệ truyền lực 4 WD có động cơ đặt dọc trước và có ba vi sai ..... 40
Hình 2.24. Hệ truyền lực động cơ đặt trước, dọc và có ba vi sai.................... 40
Hình 2.25 Hệ truyền lực động cơ đặt ngang ................................................... 41
Hình 2.26. Hệ truyền lực động cơ đặt sau 4WD ............................................. 42
Hình 2.27. Cầu vi sai hạn chế trượt................................................................. 43
Hình 2.28. Hệ thống điều khiển lực kéo TCS ................................................. 46
Hình 2.29. Hệ thống điều khiển lực kéo TCS ................................................. 47
Hình 2.30 Hệ tích hợp điều khiển ABS/TCS khi phanh ................................. 48
Hình 3.1. Mô hình chuyển động ô tô ............................................................. 50
Hình 3.2. Mô hình động lực học 3D .............................................................. 54
Hình 3.3 . Mặt chiếu bằng ............................................................................... 55
Hình 3.4. Mặt chiếu đứng .............................................................................. 55
Hình 3.5 Sơ đồ động lực học ô tô ................................................................... 58
Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc mô hình động lực học ô tô ..................................... 60
Hình 3.7. Mô đun động lực học trong mặt phẳng nền & mô đun bánh xe ..... 61
Hình 3.8 Mô đun xác định phản lực Fz.......................................................... 62
Hình 3.9. Mô đun dao động lắc dọc và ngang khối lượng được treo ............ 62
Hình 3.10. Mô đun hệ thống treo và động lực học ngang cầu xe .................. 63
Hình 3.11 Sơ đồ điều khiển động lực ô tô ...................................................... 65
Hình 3.12 Trạng thái điều khiển khi quay vòng thiếu và thừa ....................... 66
Hình 3.13 Các thông số đặc trưng đặc tính quay vòng ................................... 67

Hình 3.40 Hệ 4WD ly hợp ma sát ướt ............................................................ 89
Hình 3.41 Hệ truyền lực 4WD vi sai giữa điều khiển điện tự (activ) ............ 90
Hình 3.42 Hệ truyền lực 4WD ly hợp điều khiển điện tử (activ) ................... 90


10

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khi mà ô tô đã trở thành phương tiện đi lại ngày càng phổ biến
,tốc độ ô tô ngày càng tăng cao.thì yêu cầu về độ an toàn cũng như sự thuận
tiện khi điều khiển ô tô ngày càng yêu cầu phải cao hơn. Dưới các tác động
điều khiển của người lái cũng như các yếu tố ngoại cảnh làm cho khả năng ổn
định của ô tô ngày càng giảm. Chính vì vậy ô tô ngày càng được áp dụng các
hệ thống tích cực như ABS, TCS, ESP, CDC... các hệ thống này nhằm tăng
tính ổn định hướng, tức là tăng khả năng chống trượt khi xe chịu các tác động
của ô tô. Tuy nhiên một trong những vấn đề đặt ra đó là các hệ thống này
không phải là hệ thống an toàn tuyệt đối và tiết kiệm năng lượng. Chính vì
vậy việc nghiên cứu các hệ thống ổn định bằng cách phân chia mô men hợp lý
là một việc hết sức cần thiết.
Với mục tiêu như vậy, luận văn:”Nghiên cứu chức năng vi sai trong vấn
đề điều khiển động lực học ô tô” đưa ra các nghiên cứu về việc tăng tính ổn
định bằng cách phân chia mô men hợp lý. Cụ thể hơn là về điều khiển vi sai
trên ô tô hiện đại. Để đạt được mục tiêu đó luận văn bao gồm các phần chính
như sau:
(i)
(ii)
(iii)

Tổng quan về vi sai trên ô tô;
Các dạng vi sai truyền thống;

(1)

Chức năng truyền mô men và đổi hướng mô men;

(2)

Chức năng vi sai: cho phép hai bánh xe/ hai cầu quay với số

vòng quay khác nhau;
(3)

Chức năng khóa vi sai: để bảo đảm truyền lực khi hệ số bám ở

các bánh xe khác nhau cần có khóa ví sai hoặc vi sai ma sát trong cao hoặc vi
sai có điều khiển;
(4)

Chức năng điều khiển: khi tăng tốc hoặc phanh, các mô men cấp

thường vượt qua tới hạn, xe có thể quay vòng thừa hoặc thiếu; xe mất ổn định
hoặc mất tính điều khiền. Các ô tô thông minh cần tối ưu trong quá trình phân
bố mô men ra các bánh xe với tỷ lệ từ 0 đến 100% ra các bánh xe và ra các
cầu. Vì vậy cần có vi sai điện tử.
Trong luận văn này, chương 2 trình bày vi sai thường, chương 3 trình
bày vi sai điện tử. Trong chương 1 ta xét tổng quát một số bố trí chung hệ
truyền lực là cơ sở cho nghiên cứu vi sai.


12


Khả năng kéo: Khả năng gia tốc, khả năng lên dốc. Bố trí hệ

truyền lực có ảnh hưởng đến phân bố trọng lượng bám và như vậy ảnh hưởng
đến quá trình phanh và tăng tốc.
(4)

Tính tiện ích: Hệ thống treo, tiếng ồn, dao động, điều khiển.

Phân bố tải trọng ảnh hưởng đến hệ thống treo, tần số cộng hưởng, dao động
lắc dọc và lắc ngang.
(5)

Động lực học: Ổn định hướng khí chuyển động thẳng và tác

dụng của gió; trạng thái quay vòng; tính lái; ổn định khi phanh. Phân bố tải
trọng ra các bánh xe có ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động thẳng, ổn
định vào cua, tự vào cua, ổn định khi tăng tốc và ổn định khi phanh.
1.2 Các dạng sơ đồ hộp số
Bố trí hệ truyền động cho ô tô là sắp xếp vị trí của động cơ, hộp số trong
xe. Động cơ có thể có các cách bố trí như sau:
(i)

Động cơ đặt trước hoặc đặt sau

(ii)

Động cơ đặt dọc hay đặt ngang

(iii) Động cơ đặt trước hay sau hộp sô
(iv) Cầu trước hay cầu sau hủ động

Hình 1.5 là các sơ đồ bố trí 4WD có vi sai phân mô men. Trong các hệ
này bộ vi sai bánh răng hành tinh hoắc vi sai trục vít có thể phân mô men ra
các cầu theo tỷ lệ mong muốn, thường là 50:50% cho đến 33:67%. Trường
hợp (a) động cơ đặt trước dọc; trường hợp (b) động cơ và hộp số đặt trước
ngang; trường hợp (c) giống (a) nhưng động cơ và hộp số đặt sau cầu chủ
động; trường hợp (d,e) động cơ và hộp số đặt dọc sau còn trường hợp (f) động
cơ hộp số đặt dọc trước cầu sau.

Hình 1.5 Hệ truyền lực 4WD


16

Chương 2
VI SAI TRUYỀN THỐNG
2.1 Truyền lực và vi sai cầu
Truyền lực cuối cùng và vi sai cầu, gọi chung là cầu, có bốn nhiệm vụ:
Tăng tỷ số truyền và thay đổi hướng truyền lực qua cặp bánh răng chậu (2)
với bánh răng quả dứa (1); cho phép các bán trục (3) quay tương đối thông
qua cụm bánh răng hành tinh (7,8) và chức năng phân bố mô men điện tử.
Cụm bánh răng hành tinh được gọi là bộ truyền vi sai. Khi mô men truyền và
tốc độ ở hai bánh xe phải và trái như nhau, các bán trục (3) quay cùng nhau
thành một khối với vỏ vi sai. Ngược lại, khi mô men truyền và tốc độ trái phải
khác nhau do sự bám hoặc độ gồ ghề của đường khác nhau hay khi quay
vòng, hai bán trục có thể quay tương đối với nhau vì bánh răng hành tinh (8)
có thể tự quay quanh chốt chữ thập (10). Bộ vi sai bảo đảm không bị cưỡng
bức động học. Tuy nhiên sẽ bất lợi về khả năng truyền lực khi hệ số bám hai
phía bánh xe khác nhau vì mô men truyền thực tế phụ thuộc giá trị mô men
phía cực tiểu. Trong trường hợp trượt quay, xe không có khả năng chuyển
động. Để khắc phục yếu tố này, người ta thiết kế một bộ phận để nối cứng hai

18

Hình 2.2. Khoá vi sai gài bằng khí nén
1. khí nén cấp; 2. xy lanh; 3. lò xo hồi vị; 4. piston; 5. ống gài vi sai; 6.
răng khoá vi sai; 7. bán trục
2.2 Vi sai ma sát trong cao
2.2.1 Vi sai ma sát trong nhờ ly hợp đĩa
Vi sai ma sát trong cao như trong hình 2.3 được Hãng Armerican
Thornton Axle chế tạo. Để hạn chế sự trượt của vi sai, người ta thiết kế bên
cạnh bánh răng mặt trời các đĩa ma sát (7,8) như một ly hợp đĩa; đĩa (7) liên
kết với bánh răng mặt trời là đĩa bị động của ly hợp còn đĩa (8) liên kết với vỏ
vi sai là đĩa chủ động.
Nguyên lý hoạt động như sau: Trước hết ta chú ý chốt chữ thập không
liên kết cứng với vỏ vi sai như thường gặp, mà nó có thể quay tương đối với
vỏ vi sai. Khi không truyền mô men chốt chữ thập nằm đúng vào rãnh (6) .
Khi có mô men, chốt chữ thập quay tương đối với vỏ vi sai, mặt vát của đầu
chốt trượt trên bề mặt rãnh (6). Mô men truyền càng lớn thì lực tiếp Fd càng


19
lớn và do vậy lực ép Fs cũng càng lớn. Lực Fs xuất hiện, ép vào bánh răng
hành tinh và ép vào cốc (3), tiếp tục ép các đĩa ma sát (7,8). Mô men ma sát
trong ly hợp đĩa xuất hiện, phanh bán trục (1) với vỏ vi sai, đồng thời cốc (3)
cũng khoá chính bánh răng hành tinh. Hình 2.4 chỉ ra đồ thị lực kéo phụ thuộc
hệ số bám cho hai vi sai cùng cỡ nhưng khác nhau ở ly hợp khoá vi sai. Với vi
sai thường (đường thấp), khi một phía hệ số bám bằng 0 (trượt quay chẳng
hạn), lực kéo tổng bằng 0, xe không chuyển động được; ngược lại, với vi sai
chống trượt (đường cao), khi hệ số bám bằng không, lực kéo bằng đúng giá trị
của bánh xe không trượt, xe vẫn chuyển động.


-

Khi quay vòng: Khi vào cua, bánh xe ngoài quay nhanh hơn bánh

xe trong, nghĩa là bánh xe ngoài quay nhanh hơn vỏ vi sai, bánh xe trong quay
chậm hơn vỏ vi sai. Khi bán trục quanh nhanh hơn vỏ vi sai, răng xoắn bán
trục quay bánh răng xoắn hành tinh (2) quanh trục (7) cùng chiều; ngược lại
khi bán trục quay chậm, trục vít trên nó làm trục vít hành tinh tương ứng quy
chậm lại đúng một trị số như phía bên kia nhưng hướng ngược lại. Như vậy,
cặp bánh răng dẫn (4) có vai trò như một nội liên kết không phụ thuộc tốc độ
ô tô.
-

Khi lực bám khác nhau: Khi một bánh xe bị mất lực kéo, nó có xu

hướng quay trượt và nó chuyển chủ động từ trục vít (1) trên bán trục lên trục
vít hành tinh cùng phía và từ bánh răng dẫn (4) phía quay trơn chuyển cho
bánh dẫn (4) đối diện như một cầu nối. Như vậy bất cứ khi nào bánh bánh xe
có xu thế mất lực kéo, nó trở thành cơ cấu phanh đối với bán trục đối diện.
Bánh xe có lực kéo thấp bị cản bởi quay trơn và vì vậy mô men truyền từ
động cơ chỉ tập trung truyền cho bánh có hệ số bám cao. Cũng có thể rút ra là,
ngay cả khi lực bám hai phía khác nhau, tốc độ hai bánh xe cũng có xu thế
khác nhau.

Hình 2.5. Vi sai bánh vít hành tinh
1. Răng xoắn bán trục; 2. răng xoắn hành tinh; 3. bánh răng chậu; 4.
bánh răng dẫn; 5. bán trục; 6. vỏ vi sai; 7. chố trục bánh răng dẫn


22

mấp mô sẽ phải quay nhanh hơn. Khi một bánh xe quanh nhanh hơn tương
đối so với vỏ vi sai thì bánh xe đối diện cũng quay chậm tương ứng. Sự chênh
tốc độ đó làm cho phản ứng mô men của các bánh răng mặt trời đến các bánh
hành tinh khác nhau làm cho nó tự quay quanh trục chữ thập. Vận tốc bị mất
của bánh trong làm cho bánh răng mặt trời cùng phía quay chậm tạo làm bánh


24
răng hành tinh quay, tác động làm cho bánh răng mặt trời đối diện quay nhanh
hơn.
- Tác động của ly hợp ma sát ướt: Khi một bánh xe bị giảm lực bám, nó
có xu hướng trượt quay làm cho bánh răng hành tinh quay quanh trục chữ
thập và trục chữ thập quay quanh bánh răng mặt trời đối diện mà không
truyền mô men. Vì vậy vỏ vi sai và bánh răng mặt trời quay tương đối với
nhau, các đĩa chủ động và bị động của ly hợp quay tương đối làm cho dầu
silocon giữa chúng bị nén tạo ra mô men cản trong ly hợp, do vậy ly hợp bị
khoá và mô men chủ động từ động cơ được truyền cho bánh xe có lực bám tốt
(hình 2.8).

Hình 2.8. So sánh mômen truyền của vi sai ly hợp đĩa với ly hợp hạn chế phụ
thuộc sự lệch số vòng quay
2.3 Cầu có truyền lực cạnh
2.3.1 Sự cần thiết của truyền lực cạnh
Hộp số tạo ra sự thay đổi lực kéo và tốc độ cho ô tô. Khi miền thay đổi
lực kéo rộng thì tỷ số truyền lực cuối khá lớn, có thể từ 4,5 đến 9. Với truyền
lực một cấp, một bánh răng quả dứa và một bánh răng chậu sẽ không giải
quyết được thoả mãn tỷ số truyền cao như vậy. Vì vậy hệ truyền lực cuối
nhiều hơn một cấp là cần thiết.



3. cặptabánh
Trong
hìnhbánh
2.11,răng
bên cạnh
bộ bánh
truyền
truyền
thống,
thiếtrăng
kế cạnh
vi sai hai bộ hành tinh quả
(Scammell).
dứa; 4. bánh
Như răng
vậy giảm
chậutốc đặt sau vi sai, bánh răng

Trích đoạn Điều khiển động lực học ngang Điều khiển động lực học phương thẳng đứng Điều khiển động lực tích hợp

---