LỜI NÓI ĐẦU

     Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biết trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản phẩm xe hơi không chỉ là những phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó còn là tác phẩm thể hiện sự tiện nghi và sang trọng. Chúng ta đã tạo ra những dòng xe cao cấp và hiện đại, đi cùng với nó là sự tiện nghi an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và an toàn khi điều khiển.

     Cũng như hệ thống phanh, hệ thống treo,… hệ thống lái là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn cho ô tô chuyển động an toàn, êm dịu. Vì thế mà hiện nay hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn để đáp ứng các tiêu chí an toàn và tiện nghi, tính an toàn chủ đông trong điều khiển chuyển động với vận tốc cao và mật độ giao thông lớn. Cụ thể, ngày nay chúng ta bắt đầu làm quen với thuật ngữ “steer-by-wire” hay “drive-by-wire” ý nói hệ thống lái bằng dây cáp và tín hiệu điện tử. Công nghệ này đã xuất hiện lần đầu tiên trên xe Infinity Q50 vào năm 2013 và sẽ còn phát triển mạnh trong những năm tới.

     Vì vậy đề tài tốt nghiệp: “Khai thác hệ thống lái không trụ lái SBW (Steering By Wire) trên ô tô du lịch” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.

     Nội dung của đề tài ngoài mở đầu và kết luận còn đề cập đến bốn chương. Chương thứ nhất giới thiệu về hệ thống lái trên ô tô. Nội dung chương 1 là giới thiệu về hệ thống lái và các loại hệ thống lái trên ô tô du lịch. Chương 2 đi sâu phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái SBW. Trong chương này đồ án phân tích kết cấu của hệ thống lái SBW, ưu nhược điểm của hệ thống. Chương 3 là tính toán kiểm nghiệm hệ thống. Chương 4 là hướng dẫn khai thác sửa chữa hệ thống lái SBW. Trong chương này đồ án phân tích một số hư hỏng thường gặp, nguyên nhân và cách khắc phục, cũng như hướng dẫn khai thác hệ thống lái SBW trong quá trình sử dụng.

     Mặc dù đã rất nỗ lực nhưng đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy em kính mong được sự đóng góp của các thầy để đồ án được hoàn thiện hơn.

     Em xin chân thành cảm ơn !

                                                                                      Hà nội, ngày … tháng … năm 20 …

                                                                                Học viên thực hiện

                                                                               …………….

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ DU LỊCH

1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại

1.1.1. Công dụng

Hệ thống lái trên ô tô có các chức năng sau đây:

- Dùng để thay đổi phương chuyển động tương ứng với sự điều khiển của người lái;

- Giữ phương chuyển động xác định của ô tô mặc dù có những tác động kích thích bên ngoài (đường nghiêng ngang, gió ngang, sự không bằng nhau của các phản lực tiếp tuyến ở khu vực tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường…) có xu hướng làm lệch ô tô khỏi phương chuyển động do người lái đã chọn.

1.1.2. Phân loại

v Phân loại theo cách bố trí vành lái:

-  Vành lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thông quy định chiều chuyển động là chiều bên trái).

-  Vành lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thông quy định chiều chuyển động là chiều bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải).

* Phân loại theo đặc điểm kết cấu:

-  Hệ thống lái không có trợ lực (áp dụng trên xe du lịch đặc biệt nhỏ);

-  Hệ thống lái có trợ lực (áp dụng trên hầu hết các xe hiện nay).

v Phân loại theo nguyên lý làm việc của bộ phận trợ lực lái

-  Lái cơ khí trợ lực thủy lực;

-  Lái cơ khí trợ lực thủy lực điều khiển điện tử (EHPA);

1.2. Hệ thống lái cơ khí.

Hệ thống lái cơ khí bao gồm hai thành phần chính: dẫn động lái và cơ cấu lái

1.2.1. Ưu điểm

- Khả năng quay vòng ô tô trong thời gian ngắn nhất trên một diện tích bé;

- Giữ cho xe ổn định chuyển động thẳng;

- Lực tác dụng lên vành tay lái nhỏ;

1.2.2. Nhược điểm

Người lái phải sử dụng 100% năng lượng để thực hiện việc quay vòng bánh xe trong quá trình chuyển động, đồng thời cũng tiếp nhận những phải hồi không mong muốn từ mặt đường, điều này làm cho người lái cảm thấy mệt mỏi khi sử dụng;

Quỹ đạo chuyển động quay vòng chịu ảnh hưởng của góc quay thân xe và tình trạng đánh lái.

1.4. Hệ thống lái không trụ lái (Steer-by-wire)

Với các hệ thống lái đã trình bày ở trên, khi quay vòng ở các tốc độ khác nhau người lái chỉ kiểm soát được một số trạng thái động lực học của xe. Ô tô chỉ có thể được kiểm soát hoàn toàn khi quay vòng với hệ thống lái không trụ lái (Steer by wire). Đây là hệ thống lái có khả năng tạo ra lực hỗ trợ lái xe quay vành lái với 100% năng lượng.

Khái niệm Steer by wire(SBW) được hình thành dựa trên mong muốn xây dựng hệ thống lái đáp ứng được các tình trạng chuyển động theo mong muốn của người điều khiển xe khi quay vòng.

1.4.1. Hệ thống lái không trụ lái độc lập

Đặc điểm hệ thống Steer by wire độc lập với đặc điểm mỗi bánh xe dẫn hướng bố trí một động cơ điều khiển. Việc điều khiển một cách độc lập tại các bánh xe có ưu điểm giúp tỉ lệ thay đổi góc dẫn hướng bánh xe một cách độc lập theo lý thuyết quay vòng.

1.4.2. Hệ thống lái không trụ lái tích hợp

Hệ thống lái không trụ lái tích hợp được Nissan áp dụng trên xe Infiniti Q50 2013 được cấu tạo từ các bộ phận chính như: cảm biến lực đánh lái, bộ ly hợp, hộp điều khiển, động cơ trợ lực.

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤ LÁI STEER-BY-WIRE

2.1. Giới thiệu chung về xe Infiniti Q50 2013

Infiniti là thương hiệu xe sang thuộc công ty sản xuất ôtô Nhật Bản Nissan Motor. Infiniti chính thức bắt đầu hoạt động sản xuất vào tháng 11/1989 tại thị trường Bắc Mỹ và thị trường toàn cầu của hãng gồm Trung Đông, Hàn Quốc, Nga, Thụy Sĩ, Trung Quốc và Ukraina. Cuối năm 2008, Infiniti bắt đầu xâm nhập thị trường Châu Âu. Đến nay mạng lưới hoạt động của hãng xe sang này gồm 230 chi nhánh tại 15 quốc gia trên toàn thế giới. Tại Việt Nam cũng đã có đại lý bán xe Infiniti chính thức.

2.2. Cấu tạo chung hệ thống lái không trụ lái Steer-By-Wire (SBW)

Nhắc đến hệ thống trợ lực tay lái trên ô tô, chúng ta sẽ nghĩ ngay đến 2 loại chính là trợ lực dầu (thủy lực) và trợ lực điện cùng 1 dạng kết hợp của 2 hệ thống này. Tuy nhiên, công nghệ trợ lực tay lái Steer-by-wire có mặt trên mẫu xe thương mại Q50 vừa giới thiệu vào năm 2013 của Infiniti mới là tiên tiến nhất.

(1) Cảm biến lực đánh lái: Gửi mệnh lệnh (góc quay vô-lăng) đến hệ thống tính toán điện tử.

(2) Bộ ly hợp: Bộ phận này sẽ mở ra trong hầu hết thời gian. Chỉ khi hệ thống SWB gặp trục trặc, bộ ly hợp sẽ đóng lại và hoạt động như một hệ thống trợ lực điện bình thường. Nghĩa là trên xe sẽ có 2 hệ thống trợ lực, SWB đóng vai trò chính, còn trợ lực điện dự phòng trong trường hợp SWB bị lỗi.

2.3. Cảm biến mô men xoắn tay lái

Cấu tạo của cảm biến mô men xoắn tay lái được thể hiện trên hình 2.3

Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính. Người ta bố trí cảm biến một và hai trên trục sơ cấp phía vô lăng và cảm biến thứ ba trên trục thứ cấp. Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối với nhau bằng một thanh xoắn.

2.5. Cơ cấu lái

Cơ cấu lái sử dụng trên xe là loại bánh răng trụ - thanh răng, sử dụng chủ yếu trên các xe công suất bé. Vỏ của cơ cấu lái được làm bằng gang, trong vỏ có các bộ phận làm việc của cơ cấu lái, gồm trục răng ở phía dưới trục lái chính ăn khớp với thanh răng, vỏ của cơ cấu lái bánh răng trụ - thanh răng kết hợp làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang lái.

2. Hộp điều khiển của hệ thống lái Steer-By-Wire (ECU)

Hộp điều khiển của hệ thống lái không trụ lái (SBW) nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá chung tình trạng của xe và kiểm soát động cơ điện (điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái) và hệ thống cảm biến góc quay vô lăng sao cho góc quay bánh xe tương thích đúng với yêu cầu của người lái.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI

3.1. Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái

3.1.1. Kiểm nghiệm động học hình thang lái

a. Điều kiện quay vòng đúng

Như vậy, ta có thể thấy để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn không trượt khi vào đường cong thì hiệu cotg các góc quay vòng bánh xe dẫn hướng bên trong và bên ngoài phải luôn luôn bằng một hằng số B₀/L. 

b. Động học hình thang lái 6 khâu

Khi bánh xe bên trái quay đi một góc a và bên phải quay đi một góc b, lúc này đòn bên của bánh xe bên phải hợp với phương ngang một góc (q-b) và bánh xe bên trái là (q +a).

Trình tự kiểm tra như sau:                           

- Cho các góc quay của bánh xe bên trong những giá trị b_i khác nhau.

- Bằng phương pháp đồ thị (hình vẽ) xác định các góc quay α_i tương ứng của bánh xe bên ngoài.

- Các giá trị d_i càng gần bằng 1 thì khi ôtô quay vòng với các bán kính khác nhau, các bánh xe dẫn hướng không bị trượt bên hoặc có trượt bên không đáng kể.

3.2.3. Tính bền đòn kéo ngang

Trong quá trình làm việc đòn kéo ngang chỉ chịu kéo nén theo phương dọc trục. Do vậy khi tính bền ta chỉ cần tính kéo, nén và lực tác dụng từ bánh xe. Tính bền đòn kéo ngang theo chế độ phanh cực đại.

Đòn kéo ngang được chế tạo bằng thép ống CT20 có đường kính trong và ngoài lần lượt là: D = 20 mm; d = 10mm.

[s_b] = 350 (kg/cm²) = 35 (MN/m²)

Với hệ số dự trữ bền ổn định: n = 2 ta có: [s_b] = 17,5 (MN/m²)

3.2. Tính bền thanh nối bên của dẫn động lái

Thanh nối của dẫn động lái 6 khâu do ở hai đầu là khớp nên chỉ chịu kéo nén đúng tâm. Ta tính thanh nối trong trường hợp chịu lực phanh cực đại:

Thanh uốn chịu lực nén: Q₁ = 2249,9 (N).

Với điều kiện là khớp làm việc ở chế độ tải trọng động và chịu va đập. Khớp cầu được kiểm nghiệm độ bền theo ứng suất chèn dập tại vị trí làm việc và kiểm tra độ bền cắt tại vị trí có tiết diện nguy hiểm.

=> Như vậy khớp cầu thoả mãn điều kiện cắt tại tiết diện nguy hiểm.

CHƯƠNG 4. HƯỚNG DẪN KHAI THÁC SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI SBW

4.1. Chú ý khi sử dụng hệ thống lái trên ô tô

Trong quá trình sử dụng, không được thay đổi kết cấu của hệ thống lái nếu không được cơ quan có thẩm quyền cho phép.

Trong quá trình sử dụng, khi có chi tiết bị hư hỏng phải thay thế bằng các chi tiết tương tự do nhà máy chế tạo ô tô đó sản xuất hoặc do cơ sở chế tạo được cơ quan có thẩm quyền cho phép, không được thay thế bằng các chi tiết chế tạo tùy tiện.

4.2. Bảo dưỡng hệ thống lái

4.2.1. Nội dung bảo dưỡng

a. Bảo dưỡng thường xuyên

Thường xuyên kiểm tra các chỗ nối, các ổ có bị lỏng ra không và còn chốt chẻ không. Kiểm tra độ rơ vành tay lái và xem có bị kẹt không.

b. Bảo dưỡng 1 (Sau 6500 km)

Kiểm tra và xiết lại ổ, các khớp nối, kiểm tra các chốt chẻ. Kiểm tra độ rơ vành tay lái và của các khớp thanh lái ngang. Kiểm tra động cơ điện, sự ăn khớp trục vít - bánh vit, khớp nối, bơm mỡ các khớp. 

4.2.2. Một số nội dung bảo dưỡng, kiểm tra chính

a. Kiểm tra hành trình tự do vành lái

Độ an toàn chuyển động của xe phụ thuộc vào hành trình tự do của vành tay lái. Hành trình tự do của vành tay lái được kiểm tra bằng thước khi động cơ làm việc ở chế độ không tải và bánh trước ở vị trí thẳng.

- Kẹp thước đo hành trình tự do vành tay lái vào vỏ trục lái.

- Đánh tay lái sang trái cho đến khi bánh trước của xe bắt đầu dịch chuyển thì dừng lại, đánh dấu vị trí lên thước.

- Quay vành tay lái theo hướng ngược lại cho đến  khi bánh xe dịch chuyển.

- Góc quay của kim sẽ tương ứng với hành trình tự do của vành tay lái lúc này nếu xe không nổ máy thì hành trình tự do vành tay lái phải nhỏ hơn 30 mm. 

b. Hiệu chỉnh lệch tâm vô lăng

Kiểm tra xem vô lăng có bị lệch tâm hay không.

- Dán băng dính che lên tâm bên trên của vô lăng và nắp trên của trục lái.

- Lái xe theo đường thẳng trong 100 m với tốc độ không đổi 56 km/h, giữ vô lăng để duy trì hướng chạy.

d. Kiểm tra áp suất, độ đảo của lốp

-  Kiểm tra các lốp xem có bị mòn hay áp suất lốp chính xác chưa.

Áp suất lốp lúc nguội:

· Phía trước 220 kPa.

· Phía sau 210 kPa.

- Dùng đồng hồ so, kiểm tra độ đảo của lốp.

Nếu xe không đáp ứng được một trong các yếu tố này thì có thể xuất hiện các vấn đề như lái bị chém góc, lái không ổn định, trả lái trên đường vòng kém và tuổi thọ của lốp xe giảm. 

Trong các kiểu xe hiện đại, hệ thống treo và trục có độ bền cao hơn trước đây, và mặt đường lại bằng phẳng nên bánh xe không cần nghiêng dương nhiều như trước nữa. Vì vậy góc camber được giảm xuống gần đến “không” (một số xe có góc camber bằng không). Trên thực tế, bánh xe có camber âm đang được áp dụng phổ biến ở các xe du lịch để tăng tính năng chạy đường vòng của xe.

* Độ ổn định chạy thẳng và hồi vị bánh xe

Đối với những xe có góc caster, độ ổn định khi chạy trên đường thẳng sẽ tăng. Vì khi trục xoay đứng quay để xe chạy vào đường vòng, nếu các bánh xe có góc caster thì lốp sẽ bị nghiêng đi so với mặt đường và tạo ra mômen “kích”, có xu hướng nâng thân xe lên. Mômen kích này đóng vai trò như một lực hồi vị bánh xe, có xu hướng đưa thân xe trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định trên đường thẳng của xe.  

g. Kiểm tra, điều chỉnh động cơ điện 1 chiều

- Phối hợp với bộ phận bảo dưỡng cơ khí tháo khớp nối trục, bộ phận đo lường -tự động hóa tháo và cách ly các thiết bị theo dõi và đo lường (nếu có)

- Đánh dấu thứ tự của cáp đấu vào động cơ. Tháo cáp động lực, cáp nguồn sấy, cáp đo lường khống chế và các loại cáp có liên quan.

- Tháo động cơ khỏi vị trí, đưa xuống mặt bằng thuận lợi để bảo dưỡng.

- Đánh dấu nắp động cơ, nắp mỡ.

- Tháo nắp động cơ và nắp mỡ.

- Rút roto ra khỏi stator.

h. Hộp điều khiển ECU

Nguyên nhân gây hư hỏng và cách khắc phục.

Nguyên nhân gây hỏng ECU có khá nhiều như: do tai nạn va chạm, nước vào do rửa xe (với một số dòng xe có ecu nằm trong khoang động cơ), do chập cháy dây điện hoặc do thời gian vv.... Cách kiểm tra thì có thể dùng mắt thường đối với hư hỏng cơ học, ngoài ra còn có các thiết bị chuyên dùng để kiểm tra như G-scan, carmanscan, lauch X431, các máy chuẩn đoán riêng của hãng vv....

4.4. Tháo cơ cấu lái

* Dụng cụ cần thiết:

- Kìm tháo phanh.

- Đế từ của đồng hồ đo.

- Panme ngoài 25 – 50 mm.

* Dụng cụ đo:

- Cờ lê lực (20 Nm).

- Cờ kê lực loại nhỏ (0,8 – 1,3 Nm).

KẾT LUẬN

     Sau một thời gian tập trung nghiên cứu, tham khảo tài liệu, tính toán, tìm hiểu thực tế cũng như kết hợp với kiến thức thu nhận được qua 5 năm trên giảng đường Học viện Kỹ thuật. Cùng với sự chủ động, nỗ lực cố gắng của bản thân đó còn là sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy: TS  .............. cũng như tập thể các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô cùng các bạn đồng môn, em đã hoàn thành đồ án: “ Khai thác hệ thống lái không trụ lái SBW (Steer By Wire) trên ô tô du lịch”  đủ khối lượng, đúng tiến độ và thời gian.

     Trong quá trình thực hiện đồ án em đã đi sâu vào 4 nội dung chính, tương ứng với 4 chương thuyết minh:

Chương 1. Giới thiệu chung về hệ thống lái trên ô tô du lịch

Chương 2. Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống lái không trụ lái

Steer-By-Wire

Chương 3.Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái

Chương 4. Hướng dẫn khai thác sửa chữa hệ thống lái SBW

     Vì điều kiện thời gian làm đồ án tốt nghiệp có hạn, trình độ và kinh nghiệm chưa thật nhiều cho nên chất lượng đồ án còn chứa đựng hạn chế, còn nhiều thiếu sót trong phần tính toán và kết cấu có thể chưa hợp lý. Vậy em kính mong có được sự đóng góp ý kiến của các thầy để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn chỉnh hơn.

     Em xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Vũ Đức Lập. Lý thuyết ôtô quân sự. Học viện kỹ thuật quân sự - Hà Nội 2002.

[2]. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh. Lý thuyết ôtô máy kéo. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật - Hà Nội 1996.

[3]. Nguyễn Trường Sinh. Sổ tay vẽ kỹ thuật cơ khí. Nhà xuất bản quân đội nhân dân - Hà Nội 2002.

[4]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. Thiết kế và tính toán ôtô- máy kéo (Tập 2). Nhà xuất bản ĐH &THCN - Hà Nội 2005.

 [5]. TS. Hoàng Đình Long. Giáo trình kỹ thuật sửa chữa ôtô. NXB Giáo Dục - Hà Nội 2008.

[6]. Nguyễn Thành Trí, Châu Ngọc Thạch. Hướng dẫn sử dụng bảo trì và sữa chữa xe ôtô đời mới. Nhà xuất bản trẻ - 1997.

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"