MỤC LỤC

MỤC LỤC.........................................................................................................................................................1

LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................................................3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI...................................................................................................4

1.1.Tổng quan về hệ thống lái..........................................................................................................................4

1.2. Tổng quan về điều khiển điện tử hệ thống lái............................................................................................5

1.3. Khái quát hệ thống lái trợ lực điện.............................................................................................................7

1.3.1. Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện.................................................................................................7

1.3.2. Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện...............................................................................11

1.4. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái điện............................................................................13

1.5. Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện...........................................................................................17

1.5.1.1. Cảm biến tốc độ đánh lái....................................................................................................................17

1.5.2. Cảm biến mô men lái............................................................................................................................17

1.5.3. Cảm biến tốc độ ô tô.............................................................................................................................20

CHƯƠNG 2. KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN XE TOYOTA VIOS 2021....................................23

2.1. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế...................................................................................................23

2.1.1. Phương án lựa chọn dẫn động lái........................................................................................................23

2.1.2. Phương án lựa chọn cơ cấu lái............................................................................................................24

2.1.3. Phương án lựa chọn trợ lực lái........................................................................................................... 25

2.2. Thông số đầu vào....................................................................................................................................25

2.3. Xác định và phân phối tỷ số truyền của hệ thống lái...............................................................................26

2.4. Xác định lực tác dụng lên vành tay lái.....................................................................................................27

2.5. Xác định các thông số cơ bản của hình thang lái...................................................................................30

2.5.1. Xác đinh đường đặc tính lý thuyết.......................................................................................................33

2.5.2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế........................................................................34

2.6. Thiết kết cơ cấu lái.................................................................................................................................37

2.6.1. Chọn vật liệu....................................................................................................................................... 37

2.6.2. Xác định kích thước và thông số của  thanh răng.............................................................................. 38

2.6.3. Tính toán các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng-thanh răng................................................. 39

2.7. Thiết kế kết cấu và kiểm tra dẫn động lái.............................................................................................. 39

2.7.1. Tính bền đòn kéo ngang..................................................................................................................... 39

2.7.2. Tính bền thanh nối bên dẫn động lái.................................................................................................. 40

2.8. Xác định các thông số cơ bản của trợ lực lái........................................................................................ 41

2.8.1. Mômen  cản mà trợ lực cần phải khắc phục...................................................................................... 42

2.8.2. Chỉ số hiệu quả tác dụng của trợ lực................................................................................................. 42

2.8.3.  Xây dựng đặc tính trợ lực lái............................................................................................................. 42

CHƯƠNG 3. CHẨN ĐOÁN, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA VIOS 2021.....45

3.1. Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống lái............................................................................45

3.2. Kiểm tra chẩn đoán............................................................................................................................... 48

3.2.1. Kiểm tra hình thang lái....................................................................................................................... 48

3.2.2. Kiểm tra điều chỉnh độ chụm bánh xe............................................................................................... 48

3.2.3. Kiểm tra độ đảo vành bánh xe.......................................................................................................,... 49

3.3. Bảo dưỡng và sửa chữa các hư hỏng trên hệ thống lái..................................................................,.... 49

3.3.1. Quy trình tháo hệ thống lái............................................................................................................,.... 49

3.3.2. Quy trình lắp hệ thống lái.............................................................................................................,..... 56

3.3.3. Bảo dưỡng hệ thống lái..................................................................................................................... 57

KẾT LUẬN................................................................................................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................... 61

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ôtô không chỉ là phương tiện chủ yếu để chuyên chở hành khách hàng hóa, sự mạnh mẽ và vẻ đẹp của chiếc xe thể hiện sự lịch lãm tạo ra phong cách cho người chủ sử dụng. Tính tiện nghi cho người dùng và sự thân thiện với môi trường sống chung quanh là hai tiêu chí đặt ra hàng đầu mà tất cả các cường quốc về công nghiệp ôtô đều phải dựa vào đó để nghiên cứu phát minh để có thể tạo ra những sản phẩm tốt hơn. Tuy đất nước ta còn nghèo và nền kinh tế còn đang trên đà phát triển xong trong những năm gần đây đảng và nhà nước ta cũng đã chú trọng phát triển nghành ôtô để theo kịp với sự phát triển của thế giới. 

Nhằm nâng cao khả năng tư duy cho sinh viên và khả năng hiểu biết về tính toán thiết kế mà em được giao nhiệm vụ “Tính toán thiết kế hệ thống lái trợ lực điện dựa trên xe cơ sở Toyota Vios 2021”. Em biết hệ thống lái là hệ thống quan trọng và rất phức tạp, đặc biệt do ngày nay hệ thống giao thông tốt, xe hiện đại có vận tốc chuyển động ngày càng cao cho nên việc đi sâu nghiên cứu để hoàn thiện sự làm việc của hệ thống lái nhằm đảm bảo tính an toàn cao cho sự chuyển động của ô tô ngày càng cấp thiết.

Trong phần khai thác hệ thống lái này em dựa chủ yếu vào số liệu của xe TOYOTA VIOS 2021, các tài liệu tham khảo. Do lần đầu làm quen với khai thác với khối lượng kiến thức tổng hợp em còn có những mảng kiến thức em chưa được nắm vững nên mặc dù em đã cố gắng tham khảo tài liệu có liên quan song bài làm của em không thể tránh được những sai sót. Em rất mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo thêm của các thầy trong bộ môn để em củng cố thêm kiến thức và hiểu sâu hơn, nắm vững kiến thức mà em đã học hỏi được.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy: Ths………….. đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

                                                                                                                                     ......, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                               Sinh viên thực hiện

                                                                                                                                ………………

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI

1.1. Tổng quan về hệ thống lái.

Từ khi ô tô ra đời cho đến nay, hệ thống lái được cải tiến ko ngừng để đáp ứng các tiêu chí về an toàn và tiện nghi, tính an toàn chủ động trong điều kiện chuyển động với vận tốc cao và mật độ các phương tiện tham gia giao thông lớn. Quá trình phát triển các hệ thống lái trên ô tô có thể liệt kê thành các hệ thống lái sau: hệ thống lái thuần cơ khí, hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái tích cực, hệ thống lái Steer by wire, hệ thống lái tự động.

1.2. Tổng quan về điều khiển điện tử hệ thống lái.

Các hệ thống lái có trợ lực chia thành 2 nhóm chính:

+ Nhóm trợ lực thủy lực đơn thuần (HPS)

+ Nhóm trợ lực có điều khiển điện - điện tử

- Phương pháp điều khiển mạch tách qua xilanh trợ lực (Cylinder Bypass Control Method):

Trong phương pháp này một van điện và một mạch rẽ sẽ được thiết lập hai khoang cửa xilanh trợ lực. Thời gian mở van sẽ được kéo dài bởi bộ điều khiển điện tử cho phù hợp với việc tăng tốc độ ô tô. Như vậy sẽ giảm được áp suất dầu trong xilanh trợ lực và tăng hiệu quả lái. Giống như phương pháp điều khiển lưu lượng hệ thống này cũng đạt được điểm cân bằng giữa lượng phản hồi lái và lực phản lái.

- Phương pháp điều khiển phản lực dầu (Hydraulic Reaction Force Method):

Trong phương pháp này hiệu quả lái được điều khiển bởi cơ cấu phản lực dầu, nó được lắp trên van xoay (van trợ lực). Van điều khiển phản lực dầu làm tăng áp suất dầu cấp cho khoang phản lực phù hợp với tốc độ xe.

- Phương pháp điều khiển bằng dòng điện và điện áp:

Trong phương pháp này dùng mô tơ điện một chiều để tạo mô men trợ lực cho HTL. Nhờ vào các cảm biến mà quyết định được công suất mô tơ trợ lực.

* So sánh trợ lực lái điện với trợ lái thủy lực:

Với hệ thống HPS nguồn cung cấp năng lượng tách biệt hoàn toàn với hệ thống lái, HPS cần một nguồn năng lượng (bơm thuỷ lực, xilanh thủy lực, các van, các đường dầu). Để thiết kế HPS là cả một khối lượng công việc đáng kể, một phần ở đó là số lượng đáng kể các thiết bị mà hệ thống yêu cầu, điều đó có nghĩa là HPS không dễ dàng lắp đặt trên xe nhỏ gọn. Hơn nữa nó tiêu thụ năng lượng ở tất cả các công việc của xe.

1.3. Khái quát hệ thống lái trợ lực điện

1.3.1. Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện

Do đòi hỏi tốc độ ngày một cao hơn, chất lượng tốt hơn và yêu cầu giảm năng lượng tiêu thụ ở phương tiện ngày một gia tăng. Để đáp ứng cho các đòi hỏi này, việc nghiên cứu và phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điện tử nhằm mục đích nâng cao hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó. Điểm đặc biệt đó gồm hai đề xuất là giới thiệu lôgic toán học và hệ thống lái chuyên sâu phù hợp với môi trường xe chạy bằng cách thay đổi các trợ lực cho phù hợp với điều kiện giao thông hoặc điều kiện bề mặt đường để tạo cảm giác nhạy bén khi lái xe. Vấn đề quan trọng nhất là khả năng phản ứng tức thời của trợ lực lái, gây cảm giác cho người lái làm họ phải chú ý đến sự biến đổi do phản lực lái gây ra. 

* Phân loại:

Có hai loại đó là mô tơ nằm trên cọc lái và mô tơ nằm trên thước lái.

+ Hệ thống lái có mô tơ nằm trên cọc lái

+ Hệ thống lái có mô tơ nằm trên thước lái:

Các phần tử chính của hệ thống trợ lực lái điện gồm có: Mô tơ điện một chiều, các cảm biến, bộ điều khiển trung tâm ECU, hộp giảm tốc.

* Mô tơ:

Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái. Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:

- Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng.

- Mô tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra.

* Bộ điều khiển trung tâm ECU:

Bộ điều khiển trung tâm ECU nhiệm vụ phân tích tín hiệu từ các cảm biến, xử lí thông tin để điều khiển mô tơ.

* Các cảm biến:

Các cảm biến có nhiệm vụ cấp tín hiệu mô men lái, vận tốc chuyển động xe và tốc độ trục khuỷu động cơ. Về cơ bản trợ lực lái điện có cảm biến mô men lái hoặc tốc độ đánh lái. Đa phần hiện nay sử dụng cảm biến mô men lái.

Hộp giảm tốc có nhiệm vụ tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái.

Rơ le điều khiển có chức năng nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và cung cấp điện cho động cơ điện một chiều hoạt động và ngắt điện ngừng quá trình trợ lực.

1.3.2. Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện

Trợ lực lái được điều khiển theo các sơ đồ được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ của ECU. EPS ECU có thể lưu trữ được 16 sơ đồ, các sơ đồ này được kích hoạt ở nhà máy phụ thuộc vào các yêu cầu cho trước (ví dụ như trọng lượng của ô tô).

1.4. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái điện

Trong hệ thống trợ lực lái của TOYOTA Vios 2021 có một mô tơ điện trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít - bánh vít được bố trí ở trục lái chính (trước đoạn các đăng trục lái) (Hình 2.1). Tại đây cũng bố trí cảm biến mô men lái. Cạnh đó là bộ điều khiển điện tử của trợ lực lái điện (EPS ECU).

* Nguyên lý hoạt động:

- Lực cản quay vòng nhỏ (chưa có trợ lực): với lực tác động lên trục lái nhỏ hơn 12N thì hệ thống làm việc như hệ thống cơ khí đơn thuần không có trợ lực.

- Lực cản vòng quay lớn (có trợ lực): khi lực tác dụng lên vành lái lớn hơn 12N (hoặc mô men cản lớn hơn 32 Nm) thì ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảm biến tốc độ xe, sau đó tính toán rồi điều khiển mô tơ trợ lực phù hợp thông qua bộ truyền lực trục vít-bánh vít, mô tơ trợ lực tối đa khi lực trên vành lái đạt 50N.

1.5. Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện

1.5.1. Cảm biến tốc độ đánh lái

Loại máy phát điện (Hình 1.9):

Được dẫn động từ trục lái thông qua các cặp bánh răng tăng tốc làm tăng tốc độ quay và phát ra điện áp 1 chiều tuyến tính tỉ lệ với tốc độ quay của trục lái. Tín hiệu của máy phát phát ra được hiệu chỉnh và khuyếch đại thông qua 1 bộ khuyếch đại.

1.5.2. Cảm biến mô men lái

a, Loại lõi thép trượt (Hình 1.10):

Gồm 1 lõi thép được lắp lỏng trượt trên trục lái, trên đó có 1 rãnh chéo, rãnh này sẽ được lắp với 1 chốt trên trục lái. Phía ngoài lõi thép là 3 cuộn dây quấn: 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp. Cuộn sơ cấp được cấp 1 nguồn điện xoay chiều tần số cao. Tùy thuộc vào vị trí của lõi thép mà suất điện động cảm ứng ra trong hai cuộn dây thứ cấp khác nhau. Tín hiệu của 2 cuộn thứ cấp được chỉnh lưu và đưa về mạch so sánh để biến đổi thành điện áp tuyến tính tỉ lệ với góc xoắn của 1 thanh xoắn đặt giữa trục lái và cơ cấu lái (như trong van trợ lực thủy lực loại van xoay).

b, Loại lõi thép xoay (Hình 1.11):

Gồm trục vào (gắn với phần trên trục lái), trục ra (gắn với phần nối tiếp của trục lái tới cơ cấu lái), giữa trục vào và trục ra được liên kết bằng 1 thanh xoắn. Trên trục vào lắp 1 vành cảm ứng số 1 có các rãnh để cài với các răng của vành cảm ứng số 2. Còn vành cảm ứng số 3 cũng có các răng và rãnh được lắp trên trục ra. 

1.5.3. Cảm biến tốc độ ô tô

a, Loại công tắc lưỡi gà (Hình 1.14):

Gồm 1 tiếp điểm lá đặt trong 1 ống thủy tinh nhỏ và đặt cạnh 1 mâm nam châm quay. Mâm nam châm được dẫn động bởi dây côngtơmét.

Khi ô tô chuyển động, thông qua bánh vít-trục vít ở trục thứ cấp hộp số làm cho dây côngtơmét quay và làm quay mâm nam châm. Từ trường của nam châm làm cho công tắc lưỡi gà đóng, mở theo nhịp quay của mâm nam châm và tạo ra chuỗi xung vuông. Cảm biến này thường được lắp ngay sau côngtơmét (đồng hồ tốc độ ô tô) ở bảng táp lô.

b, Loại từ - điện (Hình 1.15):

Gồm 1 cánh phát xung được lắp ở trục thứ cấp hộp số và 1 cuộn phát xung với 3 phần tử: Lõi thép, nam châm và cuộn dây. Được đặt cách cánh phát xung một khe hở 0,5 - 1,0 mm. Mỗi lần cánh phát xung lướt qua đầu cuộn phát xung thì ở cuộn dây sẽ cảm ứng ra 1 cặp.

d, Loại mạch từ trở MRE (Hình 1.17):

Cảm biến được lắp ở trục thứ cấp hộp số. Cảm biến gồm 1 vòng nam châm nạp nhiều cực lắp trên trục của cảm biến. Khi vòng nam châm quay, từ trường sẽ tác động lên mạch từ trở MRE và tạo ra các xung xoay chiều tại 2 đầu mút 2 và 4 của mạch MRE. Các xung đưa tới bộ so và điều khiển tranzito để tạo xung 0V - 12V ở đầu ra của cảm biến. Tần số xung tỉ lệ với tốc độ ô tô.

CHƯƠNG 2

KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN XE TOYOTA VIOS 2021

2.1. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế

2.1.1. Phương án lựa chọn dẫn động lái

Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.

* Dẫn động lái bốn khâu

Hình thang lái bốn khâu đơn giản, dễ chế tạo đảm bảo được động học và động lực học quay vòng của bánh xe. Nhưng kiểu dẫn động này chỉ dùng trên xe có cơ cấu lái với hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng). Do đó chỉ áp dụng trên các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên các xe du lịch hiện nay với hệ thống treo độc lập thì không sử dụng được.

* Dẫn động lái sáu khâu

Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt trên hầu hết các xe du lịch có hệ thống treo độc lập lắp trên cầu dẫn hướng. 

=> Với đề tài tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe Toyota Camry, sử dụng hệ thống treo độc lập do đó em chọn phương án dẫn động lái sáu khâu.

2.1.2. Phương án lựa chọn cơ cấu lái

Dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu lái đã giới thiệu ở trên, em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái với cơ cấu lái đơn giản là cơ cấu bánh răng - thanh răng, với cơ cấu này thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của hình thang lái. 

2.1.3. Phương án lựa chọn trợ lực lái

Với đề tài trên, em chọn phương án thiết kế hệ thống lái có trợ lực điện với cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng và dẫn động lái 6 khâu.

2.2. Thông số đầu vào

Thông số đầu vào cho tính toán kiểm tra động học hình thang lái, và tính bền hệ thống lái được cho trong bảng 2.1

2.3. Xác định và phân phối tỷ số truyền của hệ thống lái

Tỷ số truyền của hệ thống lái (tỉ số truyền động học) bằng tỷ số góc quay của trục vành tay lái và góc quay tương ứng của cam quay hay bánh xe dẫn hướng. 

Với xe tham khảo là xe du lịch có bố trí trợ lực lái nên tỷ số truyền của hệ thống lái i= 18  25, vì tỷ số truyền của dẫn động lái ta chọn i_dđ = 1 nên ta chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái cần thiết kế là i_cc = 20,4. Tỉ số truyền của hệ thống lái xác định theo công thức:

i_l = i_dđ.i_cc  = 1.20,4 = 20,4.

2.4. Xác định lực tác dụng lên vành tay lái

Trong quá trình thiết kế tính toán hệ thống lái, lực đặt lên vành tay lái được xác định cho trường hợp ô tô quay vòng tại chỗ vì lúc này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại. Mômen cản quay vòng tại một bánh xe và mặt đường bao gồm 3 thành phần : mômen cản lăn M₁, mômen ma sát giữa bánh xe và mặt đường M₂, và mômen ổn định M₃ gây nên bởi các góc đặt của bánh xe trụ đứng :

M = M₁ + M₂ + M₃

Mômen cản lăn được xác định theo công thức 11.6 [1] :

M₁ = G_bx.f.a

=> M₁ = G_bx.f.a = 3700 .0,02 .0,05 = 6,93 (Nm)

Khi mômen quay vòng tác dụng lên bánh xe, tại khu vực tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường sẽ xuất hiện lực ngang Y. Do lốp có tính đàn hồi nên lực Y làm vết tiếp xúc bị lệch so với trục bánh xe như hình vẽ và vì vậy lực này nằm cách trục bánh xe 1 đoạn x. 

Như vậy mômen ma sát giữa bánh xe và đường có thể được tính như sau:

M₂ = Y.x = G_bx.j.x = 0,14.G_bx. .j.r

Vậy:

M₂ = Y.x = G_bx.j.x = 3700 . 0,85 . 0,14 . 0,395 = 325,74 (Nm)

 Mômen ổn định M₃ do các góc đặt bánh xe và trụ đứng gây nên, việc tính toán mômen này tương đối phức tạp, nên trong khi tính toán có thể thay thế M₃ bằng một hệ số α . Khi đó mômen cản quay vòng tại 1 bánh xe dẫn hướng được tính theo công thức  :

M= (M₁+ M₂). α = G_bx.(¦.a + 0,14. j.r). α

i_l : tỉ số truyền của hệ thống lái; i_l = 20,4.

h_å: hiệu suất truyền lực của hệ thống lái.

h_å= h_th .h_cam .

h_th : hiệu suất thuận của cơ cấu lái, h_th = 0,9.

h_cam : hiệu suất tính đến ma sát ở các cam quay, h_cam = 0,65.

=> h_å= 0,9.0,65 = 0,585.

=> P_max = 377,4 N.

2.5. Xác định các thông số cơ bản của hình thang lái

+ Nhiệm vụ của tính toán động học dẫn động lái là xác định những thông số tối ưu của hình thang lái để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng một cách chính xác nhất và động học của đòn quay đứng, khi có biến dạng  của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ thống  truyền dẫn động lái.

+ Hình thang lái là một bộ phận quan trọng của truyền động lái đảm bảo cho các bánh dẫn hướng của ôtô chuyển động theo những cung với bán kính khác nhau trong khi quay vòng không sinh hiện tượng trượt để không gây hao mòn lốp.

a, Trường hợp xe đi thẳng.

Từ sơ đồ dẫn động lái trên hình 2.7 ta có thể tính được mối quan hệ giữa các thông  số theo các biểu thức sau:

n = B – 2.m.cosq                                                        (2-2)

b, Trường hợp xe quay vòng.

Khi  bánh xe bên trái quay đi một góc a 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).

2.5.1. Xác đinh đường đặc tính lý thuyết

Trên hệ trục tọa độ Đề các aOb ta xác định được đường cong đặc tính lý thuyết qua quan hệ b = f(q,x).

Cotgb - Cotga = 0,5                                  (2_4)

=>  Cotgb = Cotga + 0,5

Ứng với các giá trị của a từ 0^o, 5^o, 35^o, 40^o lần lượt ta có các giá trị tương ứng của b. Các giá trị này được tính theo EXCEL.

2.5.2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế

Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng được đường cong biểu thị hàm số a = f(q,b). Theo mối quan hệ này thì nếu biết trước một góc q nào đó ứng với một giá trị của góc b thì ta có 1 giá trị của góc a. 

=> chọn  m = 0,15.B  =  0,15.1370 = 205,5 (mm)

=> q = 20^o

Cho qcác giá trị xung quanh giá trị sơ bộ (q= 20^o) và dựa vào công thức b để tìm ra quan hệ thực tế giữa b, a.

=> Cho q  = 18^o, 19^o, 20^o,  21^o.

=> Dùng EXCEl ta tính thu được kết quả cho bởi bảng .

Thông số cầu dẫn hướng là : q = 18⁰

Độ dài đòn bên :  m= 205,5  (mm)

Độ dài thanh kéo ngang là :

n = B - 2.m.cosq = 1370 - 2.205,5.cos18⁰ = 979,1(mm).

2.6. Thiết kết cơ cấu lái

Mômen xoắn trên thanh răng (T_t.răng ) = mômen cản (M_c = 1126 N.m)

Hiệu suất của cơ cấu bánh răng – thanh răng là η = 0,8

Mô men xoắn trên bánh răng theo [3]:

T_tr.vít = T_t.răng/η=1126/0,8 = 1407,5 (N.m)                                  (2_5)

2.6.1. Chọn vật liệu

+ Vật liệu làm thanh răng: thép 30XH được tôi cải thiện

+ Vật liệu làm trục vít: Thép 45, tôi bề mặt đạt độ rắn HRC > 45

2.6.2. Xác định kích thước và thông số của thanh răng

Thay các thông số vào công thức (2_13) ta được : d = 25,24 (mm). Chọn d_tr= 30 mm.

- Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng : L = 202 (mm) 

 - Môđun thanh răng là : m = 2,5 mm.

- Bước răng:  t  = 3,14.2,5 = 7,85 (mm)                                                    (2_7)

- Chiều cao của răng thanh răng h = 2,5.m = 2,5.2,5 = 6,25 (mm)          (2_8)

2.6.3. Tính toán các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng-thanh răng

- Mô đun chọn theo tiêu chuẩn, m = 2,5.

- Hệ số đường kính  chọn theo bảng 7.3 [3]. q =8.

- Đường kính vòng chia: d_t.v = q.m = 8.2,5 = 20 (mm)                       (2_11)

- Đường kính vòng đỉnh: d_a = m.(q + 2) = 2,5.(8+2) = 25 (mm)        (2_12)

- Đường kính vòng đáy: d_f = m.(q - 2,4) = 2,5.(8 -2,4) = 14 (mm)    (2_13)

- Khoảng cách trục a_w  = (d_t.v+d_t.r)/2 = (30 + 20)/2 = 25 (mm)           (2_14)

2.7. Thiết kế kết cấu và kiểm tra dẫn động lái

2.7.1. Tính bền đòn kéo ngang

Ta có:

G₁: Khối lượng phân bố lên trục trước. G₁ = 13860 N

X_p-lực phanh tác dụng lên một bánh xe.

m_1p - hệ số phân bố lại trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh (m_1p=1,4).

Thay số được: c = 70 (mm)

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

2.7.2. Tính bền thanh nối bên dẫn động lái.

Mômen uốn tác dụng lên đòn bên được xác định theo công thức sau:

M_u = m.Ncos                                               (2_31)

Ta tính bền cho đòn bên của hình thang lái cầu dẫn hướng:

=> M_u = m.Ncos0 = 205,5.8556,09.cos18⁰ = 1672220,3(N.mm)

Thay vào biểu thức (2_32) ta có: e_u = 458,67 (N/mm²) < [e_u]

=> Thoả mãn điều kiện bền uốn.

2.8. Xác định các thông số cơ bản của trợ lực lái.

j_t: Là góc quay trục lái (độ) từ vị trí trung gian tới mép ngoài cùng, xe tham khảo  chọn j_t = 540^o.

R_v: Bán kính vành lái; R_v = 250 (mm) = 0,25 (m).

P_v: Lực trung bình đặt vào vành lái; Ôtô con P_v = 40N - 70N. Chọn P_v= 40N

Lực cực đại đặt lên vành tay lái khi có cường hóa, ta chọn P_VLo = 90N.

Từ đó ta tính được phần trăm trợ lực là : 76,1%.

2.8.1. Mômen  cản mà trợ lực cần phải khắc phục

Đối với ôtô du lịch ngày nay giá trị này thường nằm trong khoảng từ  (20N ¸ 40N). Đối với xe thiết kế ta chọn P_o = 30N. 

Ta có:

M_Z: Mômen cản khi trục lái dịch chuyển, giá trị này nhỏ, lấy M_z = 1.

M_Q: Mômen cần thiết để xoắn thanh xoắn tới vị trí bắt đầu trợ lực.  

η₀ : Hiệu suất từ vành tay lái tới van xoắn (Hiệu suất truyền lực). Chọn η₀= 1.

i_o­ : Tỉ số truyền từ vành lái tới van. Chọn i_o = 1.

Vậy mômen cần thiết để bắt đầu mở trợ lực là : M_O = M_Q = 7,5 N.m.

Mômen cản mà cường hóa phải khắc phục là : M_kp = 855,76 (N.m)

2.8.3. Xây dựng đặc tính trợ lực lái

+ Qua đây ta thấy khi không có trợ lực thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng (vì R, i_l, i_dđ, η_th là những hằng số). Do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc tọa độ. Khi ôtô quay vòng  thì mômen quay vòng là lớn nhất, tọa độ xác định điểm này trên đường đặc tính là : B(1126; 377,4). Vậy đường đặc tính xác định P_l = f(M_c) sẽ đi qua gốc tọa độ và đi qua điểm B(1126; 377,4).

+ Khi hệ thống lái được lắp trợ lực đường đặc tính của nó biểu thị mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng. Đây cũng là mối quan hệ bậc nhất.

Đồ thị các đường đặc tính khi chưa có trợ lực P_l = f(M_c), khi có trợ lực P_c=f(M_c)

Ta thấy rằng :

- Đoạn OA : P_l = P_c=f(M_c). Lực do người lái hoàn toàn điểm nhận.

- Đoạn AC : P_c=f(M_c). Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường. Điểm C (1126; 90).

- Từ C trở đi : P_c=f(M_c) song song với đường P_l=f(M_c).

Nếu chọn P_c lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu chọn P_c qua nhỏ thì người lái sẽ không đủ cảm giác về chất lượng mặt đường

CHƯƠNG 3

CHẨN ĐOÁN , BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI

3.1. Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống lái

Hệ thống lái trên xe luôn có thể xảy ra những hư hỏng làm mất khả năng điều khiển của xe. Do đó có thể gây ra nhiều tai nạn bất ngờ gây thiệt hại đến tính mạng tài sản của mọi người. Chính vì vậy mà việc thường xuyên kiểm tra hệ thống lái là một việc rất cần thiết, bảo đảm tính an toàn khi sử dụng xe.

Một số hư hỏng và biện pháp khắc phục được thể hiện trong bảng 3.1.

3.2. Kiểm tra chẩn đoán

3.2.1. Kiểm tra hình thang lái

* Kiểm tra độ mòn, lỏng của các khớp cầu, bằng cách lắc và xoay chúng, nếu vượt quá tiêu chuẩn thì thay cái mới

3.2.2. Kiểm tra điều chỉnh độ chụm bánh xe

* Kiểm tra :

- Cho xe đỗ trên nền bằng phẳng theo hướng xe chạy thẳng

- Đánh dấu đường tâm phía sau của hai lốp trước ở vị trí ngang bằng với tâm bánh xe và đo khoảng cách này (B)

- Cho xe tiến về phía trước một đoạn sao cho vị trí đánh dấu tâm lốp nằm ở phía trước của lốp và có độ cao ngang bằng tâm bánh xe, đo khoảng cách của hai đường tâm đánh dấu này (A)

* Điều chỉnh:

- Nới đai ốc khóa đầu thanh lái, xoay thanh kéo bên để thay đổi chiều dài của thanh kéo bên nhằm điều chỉnh độ chụm. Khi tăng chiều dài thanh kéo bên sẽ làm tăng độ chụm bánh xe và ngược lại.

- Vừa thay đổi chiều dài thanh kéo bên vừa kiểm tra lại độ chụm đến khi đạt yêu cầu thì siết chặt đai ốc khóa của đầu thanh lái.

3.3. Bảo dưỡng và sửa chữa các hư hỏng trên hệ thống lái

3.3.1. Quy trình tháo hệ thống lái

a. Tháo vành tay lái và trục lái

* Bước 1: Tháo các đầu cực của ăc quy ra để đảm bảo an toàn

* Bước 2: Tháo vành tay lái

* Bước 4: Tháo bộ điều khiển đánh lửa (hình 3.4)

Trước tiên ta ngắt kết nối của bộ điều khiển với đầu nối điện (1), sau đó tháo vít (2) rồi tháo bộ điều khiển đánh lửa.

* Bước 6: Tháo hộp điều khiển (hình 3.6)

Tháo đầu nối điện của còi (1), tháo các vít giữ hộp điều khiển (2) rồi tháo hộp điều khiển.

b. Tháo cơ cấu lái và hình thang lái

* Bước 1: Tháo hai bánh xe của cầu trước (cầu dẫn hướng), rồi tháo mối ghép giữa đầu trục bánh răng trụ răng xoắn với trục trung gian.

* Bước 2: Tháo các liên kết của cụm cơ cấu lái

* Bước 3: Tháo bộ điều chỉnh ăn khớp bánh răng trụ răng xoắn và thanh răng

Tháo đai ốc chỉnh, nêm chỉnh, lò xo chỉnh và dẫn hướng thanh răng.

* Bước 5: Tháo thanh răng

Trước tiên tháo ống cao su che bụi thanh răng, để cho dễ tháo thì trước khi tháo bôi một lớp mỡ lên thanh kéo bên. Tiếp đó là tháo đầu thanh lái (3), nhưng trước khi tháo đầu thanh lái phải lấy dấu trên thanh kéo bên, đai ốc khóa đầu thanh lái và đầu thanh lái vị trí lắp ráp của chúng để sau này dễ dàng điều chỉnh độ chụm của xe, sau đó vặn đai ốc khoá ngược chiều kim đồng hồ, tháo đầu thanh nối rồi tháo đai ốc khóa. 

3.3.3. Bảo dưỡng hệ thống lái

Thường xuyên kiểm tra siết chặt các bu lông, đai ốc ghép giữa các bộ phận của hệ thống lái với vỏ xe cũng như trong hệ thống lái và quan sát xem có sự rò rỉ dầu trợ lực lái sau mỗi lần xe vận hành.

a. Vành tay lái

Kiểm tra hành trình tự do và lực cần thiết để làm quay hệ thống lái, độ bắt chặt vành lái trên trục. Kiểm tra hành trình tự do vành tay lái bằng cách xoay vành tay lái về bên phải và bên trái đến khi bánh xe bắt đầu xoay đi, hành trình tự do cho phép là 0,20 mm. 

b. Cơ cấu lái

Kiểm tra khe hở ăn khớp giữa trục răng và thanh răng và độ dơ dọc trục của trục bánh răng. Nếu khe hở ăn khớp không đảm bảo cần điều chỉnh lại bằng đai ốc chỉnh, còn độ dơ dọc trục điều chỉnh lại bằng thay đổi chiều dày đệm kín (7) phía trước ổ bi trên

Khi tháo các chi tiết của cơ cấu lái ra thì:

- Quan sát các phớt làm kín của cụm xi lanh lực xem có bị rách biến cứng và hư hỏng không.

- Dùng panme đo, kiểm tra độ mòn của xi lanh, piston, van phân phối.

- Kiểm tra khe hở miệng của vòng găng tương tự như kiểm tra vòng găng ở động cơ chính.

* Đặt khối V lên tấm phẳng

* Đặt thanh răng lên khối V

* Sử dụng đồng hồ so kiểm tra sự biến dạng của thanh răng

=> Việc bảo quản bảo dưỡng xe là việc làm thường xuyên liên tục của người lái xe và thợ sửa chữa, nhất là đối với người sử dụng xe đó. Có bảo quản bảo dưỡng xe thường xuyên mới kịp thời phát hiện khắc phục những hư hỏng của xe đồng thời bảo đảm tốt các yêu cầu làm việc của các chi tiết, cụm chi tiết trên xe, đảm bảo cho xe có thể hoạt động luôn tốt trong mọi điều kiện đồng thời nâng cao tính năng kinh tế, khả năng đảm bảo an toàn cho người, hàng hóa, phương tiện. 

KẾT LUẬN

Sau thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, được sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn : Ths……………….. cũng như sự giúp đỡ của các thầy giáo khác trong bộ môn, em đã hoàn  thành  những  yêu  cầu và nhiệm vụ của Đồ án tốt nghiệp.

Trong đồ án này em đã xây dựng được các nội dung khai thác kỹ thuật trên  hệ thống lái đảm bảo được những yêu cầu cơ bản như:

+ Tính ổn định khi chuyển động.

+ An toàn trong chuyển động.

+ Độ bền của các chi tiết cao.

+ Đảm bảo cho ôtô chạy trên những địa hình yêu cầu.

+ Đảm bảo được động học quay vòng, độ quay vòng hẹp dễ dàng

+ Đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng

+ Các chi tiết có cấu tạo đơn giản, dễ gia công tháo lắp.

+ Tính tiện ích khi vận hành và bảo dưỡng sửa chữa.

Ngoài ra trong đồ án này ngoài việc “ Tính toán thiết kế hệ thốn lái trợ lực điện dựa trên xe cơ sở Toyota Vios 2021” em đã tìm hiểu được về nhiều hệ thống lái khác, rút ra các ưu nhược điểm của từng loại và lựa chọn phương án khai thác kỹ thuật thích hợp nhất.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn : Ths……………….. và các thầy bộ môn ô tô, khoa cơ khí đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Minh Tài (1998) Lý thuyết ô tô, máy kéo. NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội

[2]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm (2004).Thiết kế chi tiết máy. NXB Giáo dục Hà Nội

[3]. PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan (2007). Tập bài giảng Thiết kế tính toán ô tô. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

[4]. PGS.TS Nguyễn Khắc Trai (2006).Cơ sở thiết kế ô tô. NXB Giao thông vận tải

[5]. Nguyễn Hoàng Việt (1998). Kết cấu và tính toán ô tô. Khoa cơ khí giao thông -Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

[6]. Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh Minh Hoàng (2009).Kết cấu ô tô.NXB Bách khoa Hà Nội

[7]. Sổ tay hướng dẫn và sửa chữa xe Toyota

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"