LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Vũ Hoàng Sơn
Sinh ngày: 22 tháng 6 năm 1982
Lớp: 13BCKĐL
MS: CB130105
Nơi công tác hiện nay: Trường Cao đẳng kỹ thuật Công Nghiệp - Bắc
Giang
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và chưa được
công bố trong bất cứ công trình nào khác. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận văn là trung thực.
Tác giả luận văn
Vũ Hoàng Sơn
i
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU...................................................................... viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... ix
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................... ix
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU ................................................................................ 1
1. 1. Đặt vấn đề...................................................................................................... 1
1.2. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới ........................................ 2
1.3. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trong nước .......................................... 3
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 68
iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1 Cấu tạo chung của hệ thống lái ...................................................... 7
Hình 2.2 Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu ................... 8
Hình 2.3 Cấu tạo của cơ cấu lái thường ...................................................... 10
Hình 2.4 Cơ cấu lái loại trục vít - thanh răng.............................................. 11
Hình 2.5 Cơ cấu loại bi tuần hoàn ............................................................... 12
Hình 2.6 Cấu tạo chung của dẫn động lái .................................................. 13
Hình 2.7 Sơ đồ hình thang lái .................................................................... 14
Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lái có trợ lực .................................... 15
Hình 2.9 Khi quay vòng sang trái .............................................................. 16
Hình 2.10 Khi quay vòng sang phải ............................................................ 17
Hình 2.11 Cấu tạo của bơm trợ lực ............................................................. 18
Hình 2.12 Cấu tạo của các loại van điều khiển lưu lượng .......................... 19
Hình 2.13 Sơ đồ bố trí thiết bị bù không tải................................................ 20
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm dầu ............................... …21
Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý làm việc của van điều khiển lưu lượng(ở tốc độ
thấp)…………………………………………………………………..…..22
Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý làm việc của van điều khiển lưu lượng(ở tốc độ
trung bình)…………………………………………………………………23
Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý làm việc của van điều khiển lưu lượng(ở tốc độ
cao)………………………………………………………………………...24
iv
Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn độ dịch chuyển thanh ngang.............................. 56
Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn quá trình dịch chuyển của van........................... 57
Hình 4.4 Đồ thị góc quay của bánh xe ........................................................ 58
Hình 4.5 Đồ thị biều diễn áp suất P1 và P2 ................................................. 58
Hình 4.6 Đồ thị biều diễn lực trợ tạo ra bởi xy lanh trợ lực ....................... 59
Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn quy luật góc quay vô lăng (đánh lái trái) .......... 60
Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn độ dịch chuyển thanh ngang(đánh lái sang trái)60
Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn quá trình dịch chuyển của van ((đánh lái sang
trái) ............................................................................................................. 61
Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn góc quay bánh xe dẫn hướng .......................... 61
Hình 4.11 Đồ thị biều diễn lực trợ tạo ra bởi xy lanh trợ lực (đánh lái sang
trái)……………………………………………………………………......62
Hình 4.12 Đồ thị độ dịch chuyển thanh ngang trong hai điều kiện của lực
tác dụng lên bánh xe. .................................................................................. 62
vi
Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi quy luật đánh lái ........................... 63
Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn độ dịch của thanh ngang trong hai trường hợp
của tốc độ quay vô lăng .............................................................................. 64
Hình 4.15 Đồ thị biểu diễn góc bánh xe dẫn hướng với góc đánh lái nhanh
và chậm trái) ................................................................................................ 64
Hình 4.16 Đồ thị áp suất P1 và P2 thi thay đổi áp suất nguồn.................... 65
Hình 4.17 Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng .......................................... 65
vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: Thông số được sử dụng trong chương trình mô phỏng với loại ôtô tải
đảo đặc biệt là đội ngũ thiết kế.
Việc nghiên cứu lý thuyết tiến tới chế tạo hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực
là một trong những nội dung quan trọng trong chính sách nội địa hoá các linh
kiện và phụ tùng ôtô.
Là giảng viên khoa Cơ khí động lực - Trường Cao đẳng kỹ thuật Công
Nghiệp- Bắc Giang, để đáp ứng yêu cầu giảng dạy, nghiên cứu khoa học và
nâng cao kiến thức chuyên ngành, tôi chọn đề tài:
Phân tích đặc tính động động lực học của
hệ thống lái trợ lực thuỷ lực trong xe ô tô
Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống trợ lực lái bằng thủy
lực, xây dựng các phương trinh động lực học của hệ thống, khảo sát và phân
tích đặc tính lái của hệ thống dưới các điều kiện hoặt động khác nhau của xe.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể là cơ sở lý thuyết cho việc nghiên
cứu về hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, đồng thời mở ra một hướng tiếp
cận mới về việc khảo sát hệ thống bằng cách xây dựng các mô hình mô phỏng
hệ thống lái nói riêng và các hệ thống thuỷ lực nói chung.
Đề tài nghiên cứu đã nhận được sự động viên, cổ vũ và chỉ bảo tận tình
của Thầy TS. Trần Xuân Bộ và các Thầy trong bộ môn Ôtô - Xe chuyên dùng
Viện Cơ khí Động lực Trường ĐHBK Hà nội, cùng vớí các ý kiến đóng góp của
x
đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó để bản luận văn
của tôi được hoàn thành và đạt kết quả.
Do còn nhiều hạn chế về mặt chuyên môn, điều kiện thực tế và thời gian
nghiên cứu nên nội dung của đề tài không tránh được các thiếu sót rất mong
nhận được các nhận xét và góp ý của các Thầy trong Viện Cơ khí Động lực và
đồng nghiệp để luận văn ngày càng hoàn thiện hơn.
Hà nội, ngày tháng năm 2016
khiển linh hoạt và chức năng đảm bảo an toàn cho ô tô. Nó là một trong những
cụm tổng thành chính của ôtô. Để đáp ứng các chức năng trên yêu cầu hệ thống
lái phải đạt được các nội dung sau:
- Quay vòng ô tô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích
rất bé và động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trượt khi quay
vòng.
1
- Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện tránh được các va đập truyền từ
mặt đường qua bánh dẫn hướng lên vành lái.
- Giữ được chuyển động thẳng ổn định.
Để cải thiện điều kiện làm việc cho người lái xe hầu hết trên các ô tô hiện
nay đều trang bị hệ thống thuỷ lực dẫn động điều khiển và trợ lực lái. Hệ thống
này có chức năng làm giảm lực điều khiển trên vành tay lái và tăng tính an toàn
của hệ thống điều khiển lái.
Việc nghiên cứu động lực học các hệ thống dẫn động cơ khí thuần tuý đã
gặp nhiều khó khăn thì việc nghiên cứu các hệ thống thuỷ lực là một trong
những vấn đề rất phức tạp do các quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống khi làm
việc. Mặt khác, đề đáp ứng được yêu cầu của tải thì các quá trình xảy ra là các
quá trình phi tuyến, và hàm mô tả thường là các hàm nhiều biến ở dạng hàm ẩn
hoặc biến đổi không theo quy luật ổn định, vì dùng chất lỏng dẫn động nên có
nhiều loại tổn thất ảnh hưởng không tốt tới đặc tính làm việc của toàn bộ hệ
thống.
Từ các yêu cầu trên đòi hỏi các nhà khoa học và chuyên gia kỹ thuật
nghiên cứu tìm ra các phương pháp tính toán động lực học quay vòng và tính
toán hệ thống trợ lực thuỷ lực để khắc phục hiện tượng mất ổn định của hệ thống
như hiện tượng dao động bánh xe dẫn hướng, sai lệch điều khiển ở tốc độ cao do
trượt ngang, mòn lốp…
Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng của hệ thống trợ
thiết kế chế tạo hệ thống lái thông minh có khả năng thích ứng cao với các
điều kiện môi trường và đường giao thông hiện đại.
Do đó tất cả các tập đoàn sản suất ô tô lớn trên thế giới đều có quan hệ
mật thiết với các trung tâm nghiên cứu để xây dựng và thử nghiệm các phần
mềm thiết kế chuyên dụng cho các hệ thống trên ô tô đồng thời thúc đẩy quá
trình nghiên cứu, sáng tạo nhằm ngày càng hoàn thiện về mặt công nghệ và kỹ
thuật.
1.3. Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trong nƣớc
Với sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin, cùng
với xu hướng toàn cầu hoá đã tạo điều kiện thuận lợi cho các công trình nghiên
cứu về thuỷ lực và hệ thống điều khiển thuỷ lực nói chung và hệ thống lái ôtô
nói riêng có những bước tiến vượt bậc.
3
Đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng thành công vào thực tiễn góp
phần cải thiện điều kiện nghiên cứu, đào tạo và sản xuất. Đặc biệt các chuyên
gia đã tập trung vào việc ứng dụng các phần mềm chuyên dụng như Alaska,
ANSYS, SIMULINK, AUTOMATION STUDIO.. có thể mô phỏng các hệ
thống điều khiển thuỷ lực đặc biệt là lĩnh vực nghiên cứu về hệ thống phanh trên
ô tô, hệ thống điều khiển xe quân sự máy công trình và thuỷ lợi.
Các công trình đã nghiên cứu về hệ thống lái gồm có:
- Công trình nghiên cứu của GS. TSKH Đỗ Sanh về động học, động lực học
quay vòng xe ở tốc độ cao.
- Công trình nghiên cứu của PGS. TS Nguyễn Khắc Trai về lý thuyết quay
vòng và các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu ổn định khi quay vòng đã đề
cập trong luận án tiến sỹ và cuốn giáo trình “Tính điều khiển và quỹ đạo
chuyển động của ôtô” xuất bản năm 1997.
1.5. Mục tiêu của đề tài
Nhiệm vụ đặt ra của đề tài là nghiên cứu xây dựng lý thuyết mô hình toán
học hệ thống lái ôtô có trợ lực thuỷ lực, từ đó ứng dụng khảo sát động lực học hệ
thống và có kết luận về các yếu tố ảnh hưởng đến động lực học và tính ổn định
làm việc của hệ thống dưới các điều kiện hoạt động khác nhau.
Kết quả của đề tài là cơ sở nghiên cứu tiến tới hoàn thiện mô hình mô
phỏng hệ thống lái từ đó ứng dụng vào việc khảo sát động học tính toán kiểm
nghiệm, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho những hướng nghiên cứu sau này.
1.6. Phạm vi nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận văn này tập trung ở ba nội dung chính sau
đây:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống lái và hệ thống trợ lực thuỷ lực;
- Xây dựng mô hình toán học của hệ thống lái ôtô có trợ lực thuỷ lực trong
trường hợp nói chung;
- Khảo sát động lực học hệ thống lái ôtô có trợ lực thuỷ lực dựa trên mô
hình được phát triển dưới các điều kiện hoạt động khác nhau của tải, tốc
5
độ đánh lái, áp suất nguồn từ đó đưa ra những kết luận về các nhân tố ảnh
hưởng đến tính ổn định của hệ thống.
6
CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về hệ thống lái [3]
2.1.1 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu của hệ thống lái
- Loại liên hợp
8
*Theo kết cấu của bộ trợ lực lái (cường hoá)
- Loại trợ lực bằng khí nén
- Loại trợ lực bằng thủy lực
- Loại trợ lực điện
- Loại trợ lực liên hợp
c. Yêu cầu:
Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Góc quay vòng lớn để có thể quay vòng trong điều kiện chật hẹp.
- Lái nhẹ và tiện dụng
- Động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lê khi quay
vòng.
- Tránh được các va đập từ mặt đường truyền lên vành tay lái.
- Giữ được tính ổn định chuyển động thẳng.
2.1.2. Kết cấu của hệ thống lái
a. Cơ cấu lái thường
Các bánh răng trong cơ cấu lái không chỉ điều khiển các bánh trước mà
chúng còn là các bánh răng giảm tốc để giảm lực quay vô lăng bằng cách tăng
mô men đầu ra. Tỷ lệ giảm tốc được gọi là tỷ số truyền cơ cấu lái và thường dao
động giữa 18 và 20:1. Tỷ lệ càng lớn không những làm giảm lực đánh lái mà
còn yêu cầu phải xoay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòng.
Hiện này hầu hết các loại xe đều sử dụng hai loại cơ cấu lái (Hình 2.3):
- Loại trục vít - thanh răng
- Loại bi tuần hoàn
9
- Cấu tạo này có thể chịu được phụ tải lớn
- Sức cản trượt nhỏ do ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt cũng nhỏ nhờ
có các viên bi.
- Góc hoạt động rộng.
11
Hình 2.5: Cơ cấu loại bi tuần hoàn
2.1.3 Dẫn động lái
a. Nhiệm vụ, yêu cầu
Cơ cấu dẫn động lái là sự kết hợp giữa các thanh nối và tay đòn để truyền
chuyển động của cơ cấu lái tới các bánh xe trái và phải. Thanh dẫn động lái phải
truyền chính xác chuyển động của vô lăng lên các bánh trước khi chúng chuyển
động lên xuống trong khi xe chạy.
Có nhiều loại thanh dẫn động lái và kết cấu khớp nối được thiết kế để
thực hiện yêu cầu này.
b. Cấu tạo
Cơ cấu dẫn động lái bao gồm các bộ phận (Hình 2.6): Thanh nối, Đầu
thanh nối, Đòn cam lái, Đòn quay (loại bi tuần hoàn), Thanh ngang (loại bi tuần
12
hoàn), Cam lái (loại bi tuần hoàn), Tay đòn trung gian (loại bi tuần hoàn), Thanh
kéo (loại bi tuần hoàn)
Hình 2.6. Cấu tạo chung của dẫn động lái
2.1.4. Hình thang lái
Nói cách khác, hệ thống lái có trợ lực trước đây chủ yếu sử dụng trong
các xe lớn thì ngày nay cũng được dùng cho các xe du lịch nhỏ.
14
Copyright: Tài liệu đại học ©