hethonglai
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI.
1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại
1.1.1. Nhiệm vụ
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái
1.1.3. Phân loại hệ thống lái
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái
1.2.1. Cấu tạo
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái
1.3.1. Trục lái
1.3.2. Cơ cấu lái
1.3.2.1. Chức năng
1.3.2.2. Một số cơ cấu lái thường dùng
1.3.3. Dẫn động lái
1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống lái
1.4.1. Tỉ số truyền của hệ thống lái
1.4.2. Điều kiện không trượt khi quay vòng
1.4.3. Góc đặt bánh xe
1.4.3.1. Góc doãng (góc camper)
1.4.3.2. Góc nghiêng dọc (góc caster)
1.4.3.3. Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng (góc kingpin)
1.4.3.4. Độ chụm đầu.
1.4.3.5. Góc quay vòng.
CHƯƠNG II: MỘT SỐ HỆ THỐNG LÁI THÔNG DỤNG
2.1. Hệ thống lái cơ khí thông thường không trợ lực.
2.1.1. Hệ thống lái loại trục vít – bánh vít
Cấu tạo:
Nguyên lý làm việc :
2.1.2. Hệ thống lái loại thanh răng – bánh răng
Cấu tạo:
Nguyên lý hoạt động:
2.1.3. Đánh giá về hệ thống lái cơ học loại thường ( không có trợ lực)
2.2. Hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển điện tử)
2.2.1. Khái quát hệ thống lái trợ lực
2.2.2. Bộ trợ lực lái loại khí
Cấu tạo :
Nguyên lý hoạt động:
2.2.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng
2.2.3.1. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực
2.2.3.2. Bộ trợ lực thủy lực
2.2.3.3. Bơm trợ lực lái
2.2.4. Đánh giá về hệ thống lái trợ lực không dùng điều khiển điện tử .
2.3. Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
2.3.1. Khái niệm
2.3.2. Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
2.3.3. Sơ đồ và cấu tạo bộ trợ lực lái điều khiển điện tử.
2.3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
2.3.5. Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ
3.1. Phương trình quay vòng ô tô hai cầu
3.1.1. Mô hình phẳng của ô tô.
3.1.2. Mô hình của hệ thống lái.
3.2. Đánh giá động lực học quay vòng đều của ô tô hai cầu (Tính điều khiển tĩnh).
3.2.1 Động lực học mô hình một vệt bánh xe
3.2.2. Đánh giá tính điều khiển tĩnh của ô tô.
3.2.2.1. Vận tốc góc quay thân xe, hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu.
3.2.2.2. Góc lệch hướng chuyển động của ô tô (góc lệch bên).
3.2.2.3. Gia tốc bên
3.2.2.4. Đánh giá đặc tính tốc độ của xe cụ thể.
3.2. Đánh giá động lực học quay vòng động của xe ô tô hai cầu (Tính điều khiển động)
3.2.1. Tính điều khiển động
3.2.1.1. Hàm truyền hệ thống
3.2.1.2. Điều kiện ổn định của hệ thống
3.2.2. Đánh giá chất lượng hệ thống trong điều khiển động.
3.2.2.1. Một số khái niệm
3.2.2.2. Đánh giá quá trình quá độ của hệ thống.
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 - 1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới
Hình 1 - 2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái
Hình 1 - 3: Cấu tạo chung của trục lái
Hình 1 - 4: Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng
Hình 1 - 5: Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn
Hình 1 - 6: Hộp số lái kiểu trục vít – đòn lắc
Hình 1 - 7: Hộp số lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng
Hình 1 - 8: Hộp số lái bánh răng - thanh răng
Hình 1 - 9: Cấu tạo hình thang lái điển hình
Hình 1 - 10: Kết cấu của thanh nối bên
Hình 1 - 11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang
Hình 1 - 12: Các giai đoạn của quá trình quay vòng
Hình 1 - 13: Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng
Hình 1 - 14: Sơ đồ động học của xe ôtô
Hình 1 - 15: Các yếu tố góc đặt bánh xe
Hình 1 - 16: Góc camper
Hình 1 - 18: Tác dụng của góc camper dương
Hình 1 - 19: Tác dụng của góc camper âm
Hình 1 - 20: Góc caster và khoảng caster
Hình 1 - 21: Góc caster dương và âm
Hình 1 - 22: Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster
Hình 1 - 23: Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster
Hình 1 - 24: Góc kingpin
Hình 1 - 25: Giảm lực đánh lái
Hình 1 - 26: Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía
Hình 1 - 27: Độ chụm độ choãi
Hình 1 - 28: Góc quay vòng
Hình 2 - 1: Hệ thống lái cơ học loại trục vít – bánh vít
Hình 2 - 2: Hệ thống lái cơ học loại thanh răng – bánh răng
Hình 2 - 3: Hệ thống lái có trợ lực
Hình 2 - 4: Bộ trợ lực lái loại khí
Hình 2 - 5: Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hình 2 - 6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng
Hình 2 - 7: Cấu tạo bộ trợ lực
Hình 2 - 8: Cấu tạo bơm trợ lực cánh gạt
Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý bơm trợ lực cánh gạt
Hình 2 - 10: Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
Hình 2 - 11: Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử
Hình 2 - 12: Bộ trợ lực điện
Hình 2 - 13: Các chi tiết của bộ trợ lực lái
Hình 2 - 14: Đồ thi thể hiện sự thay đổi tỷ số truyền
Hình 2 - 15: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
Hình 2 - 16: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái không có điều khiển bằng điện tử
Hình 3 - 1: Mô hình tính toán động lực học cho ô tô
Hình 3 - 2: Mô hình hệ thống lái
Hình 3 - 3: Mô hình phẳng một vệt của ô tô
Hình 3 - 4: Quan hệ động học của mô hình một vết
Hình 3 - 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe
Hình 3 - 6: Đồ thị đặc tính tốc độ của góc lệch bên
Hình 3 - 7: Đồ thị đặc tính tốc độ của gia tốc bên
Hình 3 - 8: Đường Đặc tính tốc độ của (1/s)/rad
Hình 3 - 9: Đường Đặc tính tốc độ của rad/rad
Hình 3 - 10: Đường Đặc tính tốc độ của [(m/s2)/rad]
Hình 3 - 11: Thời gian quá độ và thời gian lên
Hình 3 - 12: Độ quá điều chỉnh
Hình 3 - 13: Đặc tính quá độ của vận tốc góc quay thân xe
Hình 3 -14: Đặc tính quá độ của góc lệch hướng chuyển động
Hình 3 - 15: Đặc tính quá độ của gia tốc bên
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.
Đề tài “ Nghiên cứu, phân tích và đánh giá động lực học hệ thống lái ô tô” Với mục đích xem xét, 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 III: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô
Xây dựng phương trình động lực học khi xe quay vòng, xác định các hàm truyền cho các tham số chuyển vị của xe. Kết hợp với việc lập trình trên phần mềm Matlab để đánh giá động lực học quay vòng tĩnh và động của ô tô.
Sau quá trình thực hiện, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy giáo Th.S Phạm Thế Minh đồ án đã được hoàn thành. Song do thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được ý kiến chỉ bảo của các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Phạm Thế Minh cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Máy đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà nội, Tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Như Huế
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.
+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng thì cần đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng.
+ Hệ thống lái phải có khả năng ngăn được các va đập của các bánh xe dẫn hướng lên các vành tay lái
+ Hệ thống lái không được có độ dơ lớn. Với xe có tốc độ lớn hơn 100Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ. Với xe có tốc độ lớn nhất nằm trong khoảng (25 – 100)Km/h độ dơ vành tay lái cho phép không vượt quá 27 độ.
+ Giữ cho xe chuyển động thẳng ổn định
+ Đặt cơ cấu lái lên phần được treo của ô tô (để kết cấu của hệ thống treo không ảnh hưởng đến cơ cấu lái), cấu tạo đơn giản điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi.
+ Với hệ thống lái có trợ lực: Khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn có thể điều khiển được xe. Đảm bảo an toàn bị động của xe, không gây nên tổn thương cho người sử dụng khi bị đâm chính diện.
1.1.3. Phân loại hệ thống lái
a) Phân loại theo cách bố trí cơ cấu lái
+ Loại cơ cấu lái đặt bên trái (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động là bên phải, đại đa số các nước có luật giao thông đi bên phải).
+ Loại cơ cấu lái đặt bên phải (dùng cho các nước có luật giao thông qui định chiều chuyển động là bên trái).
b) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
+ Loại trục vít- bánh vít (với cung răng con lăn và trục vít).
+ Loại trục vít đòn lắc.
+ Loại liên hợp (trục vít - ê cu - cung răng).
+ Loại bánh răng - thanh răng
c) Theo số bánh dẫn hướng
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước.
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau.
+ Hệ thống lái với các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu.
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) 6.Trụ đứng(chốt chuyển hướng)
2.Trục lái 7.Đòn quay (cam quay)
3.Ống bọc trục lái 8.Thanh bên của hình thang lái
4.Cơ cấu lái 9.Khớp cầu nối
5.Tay biên 10.Đòn ngang (thanh ngang)
11.Đòn kéo dọc
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Vành tay lái có dạng hình tròn, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc. Trục lái thường là một đòn dài (rỗng hoặc đặc) để truyền mô men quay từ vành tay lái tới cơ cấu lái. Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của tay biên trong mặt phẳng thẳng đứng và đảm bảo tỉ số truyền theo yêu cầu cần thiết. Cơ cấu lái được bắt chặt lên xà dọc (phần được treo của ô tô). Dẫn động lái (gồm:11,7,8,9,10) có nhiệm vụ truyền chuyển động từ cơ cấu lái xuống bánh xe dẫn hướng đảm bảo tỷ số truyền nhất định và chủ yếu giữ được động học quay vòng đúng của ô tô.
Khi người lái quay vô lăng (1) để điều khiển xe, qua cơ cấu lái (4) làm cho tay biên (5) quay một góc thông qua đòn kéo dọc (11) và đòn quay cam (7) làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển qua các đòn (8,10) của hình thang lái làm cho bánh xe dẫn hướng bên kia cũng dịch chuyển quanh trụ đứng, lệch phương chuyển động theo ý muốn của người lái.
1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái
1.3.1. Trục lái
Hình 1 - 3: Cấu tạo chung của trục lái
Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ cấu lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của trục lái chính được làm thon và xẻ hình răng cưa. Vô lăng được xiết vào trục lái bằng một đai ốc. Trong trục lái có một cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này sẽ hấp thụ lực đẩy 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:
Hình 1 - 4: Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng
1-Trục vít , 2-Cung răng, 3- Trục lắc
Loại cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là: Giảm trọng lượng và kích thước so với trục vít - bánh răng.
Cơ cấu lái kiểu trục vít – con lăn:
Trục quay (liên kết với trục lái) của hộp số lái kiểu trục vít - con lăn có cấu tạo giống một trục vít vô tận. Trên trục lắc của hộp số lái có một bộ phận gọi là con lăn. Con lăn giống một bánh xe có ren phía ngoài. Các ren của con lăn ăn khớp với các ren của trục vít. Khi trục vít quay, con lăn sẽ quay quanh trục của nó đồng thời chuyển động dịch chuyển dọc theo trục của trục vít. Kết quả của các chuyển động đó là chuyển động xoay của trục lắc.
Hình 1 - 5: Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn
1-Trục vít, 2- Con lăn,
3- Đòn chuyển hướng của dẫn động lái
Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn được sử dụng khá phổ biến hiện nay. Ưu điểm của hộp số lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ bền cao do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liên kết trong hộp số lái.
Cơ cấu lái kiểu trục vít – đòn lắc:
Hộp số lái kiểu trục vít - đòn lắc có trục quay của nó hoạt động tương tự như 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. Trên trục lắc của hộp số lái có gắn chi tiết gọi là đòn lắc, trên đòn lắc có các chốt. Trục quay và trục lắc liên kết với nhau thông qua các chốt. Khi trục vít quay theo trục lái, các chốt sẽ trượt lên, xuống trong rãnh của trục vít và làm cho đòn lắc xoay trái, phải.
Hình 1 - 6: Hộp số lái kiểu trục vít – đòn lắc
1- Trục vít, 2- Đòn lắc, 3- Chốt
4- Trục lắc, 5- Đòn lắc chuyển hướng
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:
Hình 1 - 7: Hộp số lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng
1- Trục vít, 2- Ecu, 3- Cung răng, 4- Trục lắc
5- Bi, 6- Đòn lắc chuyển hướng
Hộp số lái kiểu trục vít - ecu - bi - cung răng có trục quay là một trục vít, còn trục lắc tương tự như trục lắc của hộp số lái kiểu trục vít- cung răng, nhưng cung răng không ăn khớp với trục vít mà nhận chuyển động từ trục vít thông qua ecu và các viên bi. Ecu có các răng thẳng phía ngoài và các rãnh phía trong tương ứng với các rãnh trên trục vít. Các viên bi nằm trong rãnh giữa ecu và trục vít và trong ống dẫn bao quanh ecu. Khi trục vít quay các viên bi trong rãnh giữa trục vít và ecu sẽ đẩy nhau và luân chuyển trong ống dẫn để quay trở lại rãnh, đồng thời làm cho ecu dịch chuyển dọc theo trục vít. Thông qua các răng của ecu và cung răng, chuyển động tĩnh tiến của ecu được biến đổi thành chuyển động xoay của trục lắc.
Như trên hình vẽ đã thể hiện, chiếc êcu ăn khớp với trục vít nhờ các viên bi tròn. Các bi này có hai tác dụng: một là nó giảm ma sát giữa các chi tiết nên hiệu suất cao. Thứ hai, nó làm giảm độ dơ của cơ cấu. Độ dơ xuất hiện khi đổi chiều tay lái, nếu không có các viên bi, các răng sẽ rời nhau ra trong chốc lát gây nên độ dơ của tay lái.
Kiểu bánh răng - thanh răng:
Hình 1 - 8: Hộp số lái bánh răng - thanh răng
Hộp số lái kiểu bánh răng - thanh răng có trục quay (đầu vào) được chế tạo giống một bánh răng trên đoạn trục liên kết trục lắc (đầu ra). Trục lắc là một thanh răng thẳng. Hai đầu của thanh răng liên kết với hai thanh nối bên của dẫn động lái thông qua các khớp cầu. Các răng trên bánh răng và thanh răng liên kết với nhau. 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 hiện chuyển động lắc hoàn toàn giống chuyển động của đòn lắc chuyển hướng nhưng không truyền chuyển động đó cho bất cứ bộ phận nào. Nó có chức năng đỡ thanh nối giữa ở độ cao như tại đòn lắc chuyển hướng để đảm bảo động học của hệ thống lái.
+ Thanh nối giữa có chức năng liên kết tất cả các bộ phận khác của dẫn động lái với nhau. Hai đầu của thanh nối giữa là hai ổ đỡ chốt cầu để liên kết với đòn lắc chuyển hướng và đòn lắc phụ. Phía giữa thanh nối giữa có hai lỗ để liên kết với hai thanh nối bên bằng các khớp cầu.
+ Thanh nối bên là bộ phận trực tiếp truyền chuyển động cho đòn chuyển hướng trên ngỗng quay của bánh xe dẫn hướng. Thông thường mỗi cơ cấu dẫn động lái có hai thanh nối bên, mỗi thanh nối bên được cấu thành từ ba đoạn được gọi là đầu trong, đầu ngoài, và đoạn điều chỉnh. Đầu ngoài liên kết với đòn chuyển hướng. Đầu trong liên kết với thanh nối giữa, thanh răng hoặc một bộ phận khác của ôtô tuỳ thuộc vào kiểu dẫn động lái. Đoạn điều chỉnh dùng để thay đổi chiều dài toàn bộ của thanh nối bên để điều chỉnh hình học lái trong quá trình kiểm tra, bảo trì gầm ôtô mà không cần phải tháo rời dẫn động lái.
b)
a)
Hình 1 - 10: Kết cấu của thanh nối bên
1- Đầu ngoài của thanh nối bên, 2- Kẹp đàn hồi,
3- Đầu trong của thanh nối bên, 4- Ống điều chỉnh, 5-Bulông điều chỉnh 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. 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 iω
+ Tỉ số truyền của dẫn động lái id.
+ Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái ig.
+ Tỉ số truyền lực của hệ thống lái il.
Tỉ số truyền của cơ cấu lái iω.
Tỉ số của góc quay của vô lăng chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng. Tùy theo cơ cấu lái iω 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 lái ra khỏi vị trí trung gian được sử dụng phổ biến. Tỉ số truyền này có giá trị cực đại khi vành tay lái ở vị trí trung gian. Như vậy đảm bảo được ô tô chuyển động thẳng ở vận tốc cao an toàn hơn, tránh quay vòng ngẫu nhiên. Vì khi vành tay lái quay đi một góc bé sẽ làm cho bánh dẫn hướng quay ít. Đồng thời cũng làm giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh xe dẫn hướng lên vành tay lái. Khi quay vành tay lái ra xa vị trí trung gian thì tỉ số truyền giảm nhanh, lúc này quay vành tay lái một góc nhỏ cũng có thể làm cho bánh xe dẫn hướng quay một góc tương đối lớn do đó xe có thể quay vòng linh hoạt.
Đối với hệ thống lái trang bị trợ lực lái thì tỉ số truyền không là vấn đề quan trọng. Vì thao tác cơ cấu lái ở đây chủ yếu dùng để đóng mở các van của bộ trợ lực lái khiến nó làm việc. Để đề phòng hỏng bộ trợ lực lái thì tỉ số truyền vẫn phải chọn đủ lớn để người lái vẫn đủ sức lái xe.
Tỉ số truyền của dẫn động lái id.
Nó phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. Trong quá trình bánh dẫn hướng quay vòng giá trị cánh tay đòn của các đòn dẫn động sẽ thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm.
id = 0,85 ÷ 1,1
Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái ig.
Tỷ số của góc quay vành tay lái lên góc quay của bánh dẫn hướng. Tỉ số truyền này bằng tích số của tỉ số truyền của cơ cấu lái iω với tỉ số truyền của dẫn động lái.
ig = iω. id
Tỉ số truyền lực của hệ thống lái il.
Hình 1 - 11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang
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:
Mc: mômen cản quay vòng của bánh xe
c: cánh tay đòn quay vòng, tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của
lốp đến đường trục đứng kéo dài.
Ml: mômen lái đặt trên vành tay lái.
r: bán kính vành tay lái.
Như vậy:
Bỏ qua các lực ma sát ta có : và do đó
Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỉ số truyền góc ig không vượt quá 25 vì vậy il không được chọn lớn quá. Cánh tay đòn c cũng không nên giảm nhiều vì giảm nhiều sẽ làm cho ô tô chuyển động không ổn định vì bánh xe nghiêng trong mặt phẳng ngang nhiều quá, il hiện nay chọn trong khoảng từ 100 ÷ 300.
Nếu tỉ số truyền il đòi hỏi phải lớn hơn thì cần thiết phải đặt bộ trợ lực tay lái trong hệ thống lái.
1.4.2. Điều kiện không trượt khi quay vòng
Quá trình quay vòng của xe được chia thành ba giai đoạn :
Hình 1 - 12: Các giai đoạn của quá trình quay vòng
+ 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.
Kết quả nghiên cứu chuyển động của các vật rắn cho thấy rằng, 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. Điểm này được gọi 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
a)
b)
Hình 1 - 14: Sơ đồ động học của xe ôtô
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 sau. Đối với xe ba cầu, trong đó chỉ có một cầu trước là dẫn hướng thì các bánh xe ở cầu giữa sẽ bị trượt khi quay vòng do các vecto vận tốc của các bánh xe này không nằm trong mặt phẳng lăn của chúng. Muốn cho tất cả các bánh của xe ba cầu không trượt khi quay vòng thì xe phải có ít nhất hai cầu dẫn hướng. Trong trường hợp tổng quát nếu xe có n cầu thì điều kiện cần để tất cả các bánh xe không trượt khi quay vòng là số lượng cầu chủ động phải bằng n-1.
Trong đó α1,α2 – Góc quay của các bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong.
B- Khoảng cách giữa hai đường tâm trục
L- Chiều dài cơ sở của xe
R- Bán kính quay vòng
1.4.3. Góc đặt bánh xe
Hình 1 - 15: Các yếu tố góc đặt bánh xe
Góc đặt bánh xe gồm 5 yếu tố sau đây:
- Góc camber
- Góc Caster
- Góc nghiêng của trụ xoay đứng (Góc Kingpin)
- Độ chụm của các bánh xe (góc chụm)
- Góc quay vòng
Góc đặt bánh xe có tác dụng làm cho xe vận hành ổn định trên đường thẳng, chạy theo đường vòng và khả năng phục hồi để chạy trên đường thẳng, khả năng làm mềm các chấn động truyền từ bánh xe đến hệ thống treo. Nếu góc đặt bánh xe không hợp lý thì sẽ 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.
1.4.3.1. Góc doãng (góc camper)
Khái niệm: Góc camper là góc bánh xe nghiêng về bên phải hay nghiêng về trái đối với đường thẳng góc với mặt đường. Khi phần trên của bánh xe nghiêng ra phía ngoài thì gọi là “Camber dương”. Ngược lại, khi bánh xe nghiêng vào trong thì gọi là “Camber âm”.
Hình 1 - 16: Góc camper
Trong các kiểu xe trước đây, các bánh xe thường có camber dương để tăng độ bền của trục trước, và để cho lốp xe tiếp xúc thẳng góc với mặt đường nhằm ngăn ngừa hiện tượng mòn không đều vì phần tâm đường thường cao hơn phần rìa đường. Tuy nhiên nếu xe có góc camber dương hoặc âm quá lớn thì sẽ làm cho lốp xe mòn không đều. Nếu bánh xe có độ camber âm quá lớn thì phần phía trong của lốp xe bị mòn nhanh, còn nếu bánh xe có độ camber dương quá lớn thì phần phía ngoài của lốp xe bị mòn nhanh.
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.
Tác dụng của góc camper dương :
+ Giảm tải theo phương thẳng đứng : Trong trường hợp góc camber bằng không, tải trọng tác dụng lên trục bánh xe theo hướng F’. Khi có camber dương, tải trọng F’ này chuyển thành lực F tác dụng theo hướng cam lái. Nhờ thế, mômen tác dụng lên trục bánh xe và cam lái giảm xuống.
+ Ngăn ngừa sự tụt bánh xe : Tải trọng F tác dụng lên bánh xe có thể phân chia thành hai thành phần F1 và F2. F2 là lực theo chiều trục và có xu hướng đẩy bánh xe vào phía trong, giữ cho bánh xe không bị trượt ra khỏi trục.
Hình 1 - 18: Tác dụng của góc camper dương
+ Ngăn cản góc camper âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra : Khi chất đầy tải lên xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết của hệ thống treo và các bạc tương ứng. Góc doãng dương giúp chống lại hiện tượng này
+ Giảm lực đánh tay lái : Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng với khoảng lệch là bán kính. Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái. Do đó khi khoảng cách này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái.(hình 1-25)
Tác dụng của góc camper âm :
Giả sử có một tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe nghiêng thì sẽ sinh ra một lực theo phương nằm ngang. Lực này được gọi là “lực đẩy ngang”, nó tác động theo chiều vào trong khi bánh xe có camber âm, và theo chiều ra ngoài xe khi bánh xe có camber dương. Khi xe chạy trên đường vòng, lực ly tâm làm cho xe nghiêng ra phía ngoài, vì tác động của các lò xo của hệ thống treo nên camber của lốp xe trở nên dương hơn, lực quay vòng bị giảm xuống.
Trường hợp này nếu xe có góc camber âm thì bánh xe sẽ được giữ không bị nghiêng dương khi chạy vào đường vòng và duy trì lực quay vòng thích hợp.
Hình 1 - 19: Tác dụng của góc camper âm
Góc camper bằng không
Góc camper cũng có thể bằng không. Lý do chính để đặt góc camper bằng không là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp. Cả góc camper dương hay âm đều làm mòn lốp nhanh. Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên lốp.
1.4.3.2. Góc nghiêng dọc (góc caster)
Khái niệm : Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay đứng. Góc caster được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng, nhìn từ cạnh xe. Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì được gọi là “góc caster dương”, còn trục nghiêng về phía trước thì được gọi là “góc caster âm”.
Hình 1 - 20: Góc caster và khoảng caster
Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng và mặt đường đến tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là “khoảng caster” của trục quay đứng. Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng, còn khoảng caster thì ảnh hưởng đến tính năng hồi vị bánh xe sau khi chạy xe trên đường vòng. Với bánh xe có góc caster dương lớn thì độ ổn định trên đường thẳng tăng lên, nhưng lại khó chạy trên đường vòng.
Hình 1 - 21: Góc caster dương và âm
A- Góc nghiêng dọc caster dương
B- Góc nghiêng dọc caster âm
Ảnh hưởng của góc caster :
+ Ổn định chạy thẳng : Đối với những xe có góc caster dương, 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 dương 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.
Hình 1 - 22: Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster
+ Làm tăng khả năng quay trở lại của hai bánh xe dẫn hướng: bánh xe có góc caster dương thì giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trước tâm điển tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường. Vì lốp xe được kéo về phía trước nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có xu hướng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định theo đường thẳng.
Hình 1 - 23: Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster
Khi bánh xe được chuyển hướng sang một bên (do lái hoặc do trở ngại khi chạy trên đường thẳng) thì sẽ phát sinh các lực bên F2 và F’2. Những lực bên này có tác dụng làm quay trục xoay đứng (nhờ có khoảng caster) và có xu hướng hồi vị bánh xe về vị trí ban đầu của nó (lực hồi vị T và T’). Vào lúc này, với cùng một lực bên như nhau, nếu khoảng caster lớn, lực hồi vị bánh xe cũng lớn. Vì vậy, khoảng caster càng lớn thì độ ổn định trên đường thẳng và lực hồi vị càng lớn.
+ Góc caster dương đến bánh xe và thân xe: Với góc caster dương cho cả hai bánh xe trước, thân sẽ dạt ra ngoài khúc quanh. Đối với trường hợp caster dương, khi lái xe về bên phải, bên trái của xe xụm xuống trong lúc mé bên phải của xe lại nhấc lên cao làm cho xe dạt ra ngoài vòng quay. Đặc tính này không làm thoả mãn được sự an toàn của xe khi qua đoạn đường cong, vì nó cộng hưởng thêm lực ly tâm rất dễ lật xe .
+ Góc caster âm đến bánh xe và thân xe: Nếu cả hai bánh trước đều có góc caster âm thì thân xe sẽ dạt vào phía trong vòng quay. Đối với trường hợp nghiêng dọc âm, khi lái xe về bên phải, bên trái của xe được nâng lên trong lúc mé bên phải của xe xụm xuống. Có nghĩa là thân xe dạt vào phía trong của vòng quay, động tác này chống trả lại với lực ly tâm muốn đẩy xe ra ngoài của vòng quay. Kiểu thiết kế này tạo được an toàn cho xe khi vòng qua một khúc quanh với vận tốc lớn, nhất là với ôtô đua cao tốc.
1.4.3.3. Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng (góc kingpin)
Khái niệm :
Hình 1 - 24: Góc kingpin
Góc kingpin của chốt chuyển hướng, còn gọi là góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng, là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn vào đầu xe.
Tác dụng của góc kingpin :
+ Giảm lực đánh tay lái : Khi bánh xe quay sang phải và sang trái quanh trục xoay đứng với khoảng lệch là bán kính. Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra momen lớn quanh trục xoay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực tay lái. Để giảm bớt lực lái, ta có thể giảm độ lệch bằng 2 cách. Tăng góc kingpin hoặc làm lốp có góc camber dương.
Hình 1 - 25: Giảm lực đánh lái
+ Giảm sự phản hồi và kéo lệch sang một phía: Một tác dụng khác của góc kingpin là làm giảm lực phản hồi và lực kéo lệch sang một bên.
Hình 1 - 26: Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía
Nếu khoảng lệch quá lớn, lực dẫn động (lực đẩy xe) hoặc lực hãm sẽ tạo ra một mômen quay quanh trục xoay đứng lớn, tỷ lệ thuận với khoảng lệch. Mặt khác, mọi chấn động tác dụng lên bánh xe sẽ làm cho vô lăng bị dật lại hoặc phản hồi. Những hiện tượng này có thể được cải thiện bằng cách giảm khoảng lệch.
1.4.3.4. Độ chụm đầu.
Khái niệm : Độ chụm là độ lệch của phần trước và phần sau bánh xe khi nhìn từ trên xuống. Góc lệch của bánh xe được gọi là góc chụm. Khi phần phía trước của các bánh xe gần nhau hơn so với phần phía sau thì được gọi là “độ chụm”, và nếu ngược lại thì được gọi là “độ choãi”.
Hình 1 - 27: Độ chụm độ choãi
Mục đích của góc chụm là đảm bảo độ ổn định chạy trên đường thẳng. Khi xe chạy trên đường nghiêng, thân xe nghiêng về một bên. Khi đó xe có khuynh hướng quay về phía nghiêng. Nếu phần phía trước của mỗi bánh xe chụm vào trong (Độ chụm), thì xe có khuynh hướng chạy theo hướng ngược lại hướng nghiêng. Vì vậy, độ ổn định khi chạy trên đường thẳng được duy trì.
Tuy nhiên nếu độ chụm vào quá lớn, độ trượt bên sẽ làm cho lốp xe mòn không đều. Nếu độ choãi ra quá lớn thì khó đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng.
1.4.3.5. Góc quay vòng.
Khái niệm: Góc quay vòng là góc quay của bánh xe phía trước bên trái và bên phải khi chạy trên đường vòng.
Với góc quay của bánh xe trước bên trái và bên phải giống nhau lốp xe bên trong hoặc ngoài sẽ bị trượt về một bên và không thể quay xe một cách nhẹ nhàng. Điều này cũng làm cho lốp xe mòn không đều.
Với góc quay của các bánh xe bên phải và bên trái khác nhau, phù hợp với tâm quay của cả bốn bánh xe thì độ ổn định của xe chạy trên đường vòng sẽ tăng lên.
Hình 1 - 28: Góc quay vòng
Ví dụ, đối với loại hệ thống lái có góc quay bánh xe dẫn hướng giống nhau tức là góc lái của bánh xe bên phải và bên trái bằng nhau (α = β). Và mỗi bánh xe sẽ quay quanh một tâm quay khác nhau (O1 và O2), mặc dù chúng có bán kính quay bằng nhau (r1 = r2). Vì vậy, sẽ xuất hiện sự trượt bên ở một trong hai bánh xe.
Với hệ thống lái có góc quay bánh xe dẫn hướng khác nhau, các bánh xe bên phải và bên trái sẽ có góc quay khác nhau (α β). Nên chúng có thể điều chỉnh để có bán kính quay khác nhau (r1 > r2) để quay quanh cùng một tâm (O), nhờ thế mà có được góc lái đúng.
CHƯƠNG II: MỘT SỐ HỆ THỐNG LÁI THÔNG DỤNG
2.1. Hệ thống lái cơ khí thông thường không trợ lực.
2.1.1. Hệ thống lái loại trục vít – bánh vít
Cấu tạo:
Hình 2 - 1: Hệ thống lái cơ học loại trục vít – bánh vít
1-Vô lăng hay vành tay lái, 2-Trục lái, 3-Trục vít,
4-Bánh vít dạng hình quạt, 5-Đòn quay đứng, 6-Thanh kéo dọc,
7-Đòn quay ngang, 8-Mặt bích, 9-Thanh nối, 10-Thanh ngang
11-Cầu trước hay dầm đỡ, 12-Trục ( trụ ) đứng
13-Trục hay ngỗng trục của bánh xe dẫn hướng
Hệ thống lái cơ học loại trục vít - bánh vít, dạng bánh răng hình quạt, gồm có vành tay lái hay vô lăng (1) cố định với trục lái (2). Trục lái được lồng hay đặt trong ống lái và nối với cơ cấu lái hay bộ truyền lực chính, loại trục vít (3) và bánh vít dạng bánh răng hình quạt (4). Trục của bánh răng hình quạt cố định với đòn quay đứng 5, thanh kéo dọc 6 nối bản lề với đòn quay đứng 5 và đòn quay ngang 7. Mặt bích 8 và trục hay ngỗng trục của bánh xe dẫn hướng 13 quay xung quanh trục đứng 12, đồng thời nối cố định với thanh nối 9. Thanh ngang 10 và dầm đỡ hay cầu trước 11.
Nguyên lý làm việc :
Khi thay đổi hướng chuyển động của ôtô, giả sử quay vòng sang bên phải, người lái phải quay vô lăng hay vành tay lái 1 theo chiều kim đồng hồ, qua cơ cấu lái (trục vít 3 và bánh răng hình quạt 4), đòn quay 5, thanh kéo dọc 6, đòn quay ngang 7, làm cho mặt bích 8 và trục của bánh xe 13 ở bên trái quay quanh trục đứng 12 theo chiều quay của vô lăng, đồng thời qua thanh nối 9 và thanh ngang hay đòn đẩy 10, làm cho mặt bích và trục của bánh xe dẫn hướng bên phải cũng theo chiều quay của vô lăng.
2.1.2. Hệ thống lái loại thanh răng – bánh răng
Cấu tạo:
Hình 2 - 2: Hệ thống lái cơ học loại thanh răng – bánh răng
1- Vô lăng, 2- Trục lái, 3- Cơ cấu lái, 4- Thanh kéo, 5- Tay đòn
6- Trục ( trụ ) đứng, 7- Trục hay ngỗng trục, 8- Bánh xe dẫn hướng
Hệ thống lái cơ học loại thanh răng-bánh răng gồm có : Vành tay lái hay vô lăng 1 cố định với trục lái 2. Trục lái 2 lồng hay đặt trong ống lái và nối với trục bánh răng A của cơ cấu lái 3. Thanh kéo 4 cố định với thanh răng B của cơ cấu lái và nối bản lề với tay đòn 5. Tay đòn 5 cố định với trục hay ngỗng trục 7 của bánh xe dẫn hướng 8 và quay xung quanh trục đứng 6.
Nguyên lý hoạt động:
Khi thay đổi hướng chuyển động của ôtô, giả sử quay vòng sang bên trái, người lái phải quay vành tay lái hay vô lăng 1 theo chiều mũi tên hay ngược chiều kim đồng hồ, qua cơ cấu lái 3, thanh kéo 4 và tay đòn 5, làm cho trục 7 của bánh xe dẫn hướng 8 ở bên trái quay xung quanh trục đứng 6 theo chiều quay của vô lăng. Đồng thời qua thanh kéo 4’, tay đòn 5’ làm cho trục 7’ của bánh xe dẫn hướng bên phải 8’ cũng quay xung quanh trục đứng 6’ theo chiều quay của vô lăng hay bánh xe dẫn hướng bên trái 8.
2.1.3. Đánh giá về hệ thống lái cơ học loại thường ( không có trợ lực)
Các hệ thống lái cơ học loại thường (không có trợ lực) đã đáp ứng được phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái. Nhưng vẫn còn chưa được hoàn thiện lắm ở chỗ khi quay xe người lái phải sử dụng lực tương đối lớn tác dụng lên vành tay lái để làm quay bánh dẫn hướng gây ra mệt mỏi cho người lái. Chính vì thế mà hệ thống lái có trợ lực đã đáp ứng được các yêu cầu trên.
2.2. Hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển điện tử)
2.2.1. Khái quát hệ thống lái trợ lực
Hình 2 - 3: Hệ thống lái có trợ lực
Để tăng tính an toàn, các nhà chế tạo đã nghĩ ra cách tăng diện tích và giảm áp suất của lốp xe để tăng cường khả năng bám đường khi xe di chuyển với tốc độ cao. Nhưng như vậy cần nhiều lực đánh lái hơn do tăng diện tích tiếp xúc lốp. Nếu tăng tỷ số truyền thì rõ ràng sẽ giảm được lực đánh lái nhưng khi lái xe bạn phải quay vô lăng nhiều hơn. Vậy có cách nào để vừa giảm được lực đánh lái mà không phải quay vô lăng quá nhiều. Các nhà chế tạo đã lắp thêm cho hệ thống lái các thiết bị phụ trợ gọi là hệ thống lái có trợ lực lái.
Hiện có hai loại phổ biến là trợ lái thuỷ lực và trợ lái điện. Trong đó dòng xe có trợ lái thuỷ lực chiếm tỷ trọng lớn hơn. Ngoài ra chiếm một tỷ trọng nhỏ là một số loại xe trang bị hệ thống trợ lái thuỷ lực – điện EHPS (electro-hydraulic power steering).
2.2.2. Bộ trợ lực lái loại khí
Cấu tạo :
Hình 2 - 4: Bộ trợ lực lái loại khí
1- Xilanh; 2- Pittông; 3,7,15-Đường dẫn khí; 4-Bình chứa khí; 5-Máy nén khí; 6-Đồng hồ đo áp suất khí; 8,14-Lỗ thông với khí trời; 9,13-Van kép; 10-Đòn ngang đóng mở van kép; 11-Đòn quay dẫn động đòn ngang 10; 12,20-Thanh dẫn động; 16-Vô lăng; 17-Trục lái; 18-Cơ cấu lái (trục vít a - bánh vít b ); 19-Đòn quay đứng cố định với trục của bánh vít; 21-Cần đẩy của pittông; 22-Thanh(đòn) kéo dọc; 23-Đòn ngang; 24 Cam hay ngỗng trục; 25-Bánh xe dẫn hướng; 26-Trụ hay chốt đứng; 27-Thanh nối của hình thang lái.
Nguyên lý hoạt động:
Khi thay đổi hướng chuyển động của ôtô giả sử quay vòng sang bên trái, người lái xe phải xoay vành tay lái hay vô lăng 16 (theo chiều mũi tên), qua trục lái 17, cơ cấu lái 18, đòn quay đứng 19, thanh 20 dịch chuyển sang trái kéo thanh 12 và đòn 11, làm cho đòn ngang 10 đẩy van kép 9 đi xuống. Khí nén từ bình chứa 4, theo đường 7 vào buồng hay khoang A lên buồng B rồi theo đường 3 tới khoang D của xilanh 1, đẩy pittông 2 sang trái, qua cần 21, thanh 12, thanh kéo dọc 22, đòn quay ngang 23, cam hay ngỗng trục 24 làm cho bánh xe dẫn hướng 25 quay sang trái. Lúc này khoang E của xilanh1 vẫn được thông với khí trời nhờ đường 15, buồng B phẩy, buồng C phẩy và lỗ 14.
Khi cần vòng xe sang phải, thì phải xoay vô lăng theo chiều ngược lại và trình tự quá trình xảy ra tương tự nhưng van kép 9 đóng đường dẫn khí từ buồng A sang buồng B, đồng thời nối thông khoang D, buồng B và buồng C với khí trời. Van kép 13 đi xuống khí từ buồng A và buồng B phẩy theo đuờng 15 vào khoang E đẩy pittông 2 sang bên phải, làm cho bánh xe dẫn hướng 25 lại quay sang bên phải .
2.2.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng
2.2.3.1. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hình 2 - 5: Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hình 2 - 6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng
1. Bình dầu 5. Píttông trợ lực
2. Bơm cánh gạt 6. Vô lăng
3. Van điều khiển 7. Động cơ
4. Xi lanh trợ lực
Các bộ phận chính của hệ thống lái có trợ lực thủy lực được chỉ ra trên hình vẽ. Hệ thống lái sử dụng công suất động cơ để dẫn động cho bơm trợ lực tạo ra áp suất. Khi xoay vô lăng sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển. Nhờ áp suất dầu này mà píttông trong xilanh trợ lực được đẩy đi và làm quay bánh xe dẫn hướng. Do vậy, nhờ áp suất dầu thuỷ lực mà lực đánh lái vô lăng sẽ giảm đi và không phải quay tay lái quá nhiều.
2.2.3.2. Bộ trợ lực thủy lực
Cấu tạo:
Ở hệ thống lái này, thanh răng được thiết kế hơi khác so với loại thường một chút. Một phần của thanh răng có chứa một xi lanh và một piston luôn ở vị trí giữa. Piston được nối với thanh răng.
Hình 2 - 7: Cấu tạo bộ trợ lực
Có hai đường ống dẫn chất lỏng ở hai bên của piston. Một dòng chất lỏng (thường là dầu thuỷ lực) có áp suất cao sẽ được bơm vào một đầu đường ống để đẩy piston dịch chuyển, hỗ trợ thanh răng chuyển dịch. Như vậy, khi bạn đánh lái sang bên nào thì cũng có sự hỗ trợ của hệ thống thuỷ lực sang bên đó.
Nguyên lý làm việc:
Hệ thống trợ lực lái sử dụng năng lượng của động cơ để dẫn động bơm cánh gạt, bơm này tạo ra áp suất thuỷ lực. Trục van điều khiển được nối với vô lăng. Khi vô lăng ở vị trí trung hoà (xe chạy thẳng) thì van điều khiển cũng ở vị trí trung hoà do đó dầu từ bơm trợ lực lái không vào khoang nào của xilanh trên thanh răng mà quay trở lại bình chứa. Tuy nhiên, khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì van điều khiển thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng. Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van điều khiển. Nhờ áp lực dầu làm dịch chuyển thanh răng mà lực đánh lái giảm đi.
2.2.3.3. Bơm trợ lực lái
Cấu tạo:
Hầu hết sử dụng loại bơm cánh gạt để làm bơm trợ lực vì loại này có ưu điểm kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, phù hợp với hệ thống thuỷ lực yêu cầu áp suất không lớn.
Hình 2 - 8: Cấu tạo bơm trợ lực cánh gạt
Bơm được dẫn động nhờ trục khuỷu của động cơ qua puly lắp ở đầu bơm để đưa dầu nén vào hộp cơ cấu lái. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ động cơ nhưng nhờ van điều chỉnh lưu lượng đưa dầu thừa trở lại đầu hút của động cơ mà dầu vào hộp cơ cấu không đổi, ổn định được lực đánh lái. Những loại bơm dẫn động nhờ trục khuỷu thường làm tăng phụ tải của động cơ do đó hao tốn nhiên liệu. Chính vì vậy, các nhà sản xuất đã chế tạo loại trợ lái thuỷ lực – điện EHPS (electro-hydraulic power steering) sử dụng mô tơ điện để tạo áp suất thuỷ lực, giảm lực cần thiết để điều khiển vô lăng, tiết kiệm nhiên liệu do giảm phụ tải động cơ. Một ECU kiểm soát tốc độ quay mô tơ (lượng xả của bơm) theo các thông số như tốc độ xe và góc quay của vô lăng nhờ đó hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.
Nguyên lý hoạt động:
Khi roto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt này bị văng ra và tì sát vào một không gian kín hình ôvan. Dầu thủy lực bị kéo từ đường ống có áp suất thấp và bị nén tới một đầu ra có áp suất cao. Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.
Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý bơm trợ lực cánh gạt
Bơm luôn được thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động cơ chạy không tải, và do vậy nó sẽ cung cấp quá nhiều dầu khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao. Để tránh quá tải cho hệ thống ở áp suất cao, người ta lắp đặt cho hệ thống một van giảm áp. Khi áp suất dầu quá lớn thì dầu sẽ mở van giảm áp và cho dầu chạy về khoang chứa dầu.
2.2.4. Đánh giá về hệ thống lái trợ lực không dùng điều khiển điện tử .
Hệ thống lái trợ lực không dùng điện tử đã đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống lái. Giảm được lực tác dụng lên vành tay lái khi quay vòng xe, tạo cảm giác thoải mái cho người lái. Độ tin cậy cao, khi bộ trợ lực bị hỏng hóc thì hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường như trường hợp không có trợ lực.
2.3. Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
2.3.1. Khái niệm
Hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử là hệ thống lái có khả năng tạo ra lực đẩy phụ hỗ trợ lái xe quay vành tay lái khi quay vòng. Việc điều khiển xe không hoàn toàn phải phụ thuộc vào người lái nữa, bộ trợ lực lái điều khiển bằng điện tử sẽ hỗ trợ một phần trong việc điều khiển xe, đặc biệt là lúc xe chạy với tốc độ cao thì việc điều khiển xe sẽ khó hơn, lúc này bộ trợ lực điện tử sẽ tự động điều chỉnh để cho xe có thể chạy được bình thường giảm căng thẳng cho người lái, và nâng cao độ an toàn cho người và xe.
2.3.2. Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
Hình 2 - 10: Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
1- Cảm biến; 2- Bộ sử lý trung tâm ECU; 3- Bơm dầu, 4- Bình dầu
2.3.3. Sơ đồ và cấu tạo bộ trợ lực lái điều khiển điện tử.
Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử
Hình 2 - 11: Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử
1,2- Các cảm biến; 3- Bộ điều khiển trung tâm ECU;
4- Môtơ trợ lực; 5- Ắc quy
Cấu tạo của bộ trợ lực lái điều khiển điện tử
Hình 2 - 12: Bộ trợ lực điện
Bộ trợ lực lái điều kiển điện tử gồm có trục lái được chia làm hai phần. Phần trên nối với vành tay lái, phần dưới (đầu ra) được nối với thanh răng. Đầu ra là dạng bánh răng ăn khớp với thanh răng. Hai phần của trục lái không nối cứng với nhau mà có thể chuyển động tương đối với nhau. Và hai phần của trục lái được liên hệ với nhau nhờ bộ bánh răng hành tinh. Bộ bánh răng hành tinh bên ngoài có các răng được ăn khớp với bánh răng của động cơ điện. Còn bên trong là bốn bánh răng hành tinh quay quanh bánh răng trung tâm. Bánh răng trung tâm là phần cuối của trục lái. Chính nhờ có bộ bánh răng trung tâm mà tỉ số truyền của hộp số lái có thể thay đổi được. Ở thanh răng cũng được trợ lực bằng thủy lực giúp cho việc lái xe được nhẹ nhàng hơn.
Bên dưới là các chi tiết của bộ trợ lực.
Hình 2 - 13: Các chi tiết của bộ trợ lực lái
1 - Các bánh răng hành tinh 5 - Vòng răng ăn khớp với môtơ trợ lực
2 - Trục đầu ra nối với thanh răng 6 - Trục nối với vành tay lái
3 - Chốt
4 - Nắp
2.3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử (hệ thống lái linh hoạt) hoạt động không như các hệ thống lái khác. Khi xe chạy với tốc độ chậm, bình thường thì việc điều khiển xe tương đối dễ dàng, lúc này bộ trợ lực điều khiển điện tử vẫn chưa hoạt động. Khi xe chạy với tốc độ cao, tình trạng mặt đường xấu và có sự thay đổi đột ngột trong khi lái như qua khúc cua với tốc độ cao, lạn lách để trách các xe khác thì lúc này bộ trợ lực điều khiển điện tử mới hoạt động để hỗ trợ cho người lái sử lý tình huống một cách dễ dàng hơn. Để biết được những sự thay đổi đó thì ở hệ thống lái này có các cảm biến để thu nhận những tín hiệu để truyền đến bộ xử lý trung tâm ECU. Có các cảm biến như cảm biến tốc độ của xe, cảm biến góc quay vành tay lái…
Bộ xử lý trung tâm ECU sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến sẽ xử lý các thông tin đó và đưa ra tín hiệu để điều khiển cho động cơ điện quay, làm cho bộ bánh răng hành tinh quay theo dẫn tới thanh răng sẽ được chuyển động và làm cho các bánh xe dẫn hướng quay.
Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử hoạt động không phụ thuộc hoàn toàn vào sự điều khiển của người lái mà nó có thể tự điều khiển việc lái xe khi mà người lái chưa tác dụng một lực nào lên vành tay lái, tức là nó có thể xen vào tức thời để hỗ trợ cho người lái.
Trên đa số các xe hơi hiện nay người ta thường phải xoay vành tay lái đến ba bốn vòng để chuyển hướng bánh xe từ cuối cùng bên trái sang tận cùng bên phải và ngược lại. Một tỷ số truyền cao nghĩa là bạn phải quay vành tay lái nhiều hơn để bánh xe đổi hướng theo một khoảng cách cho trước. Tuy nhiên một tỷ số truyền cao sẽ không hiệu quả bằng tỷ số truyền thấp. Tỷ số truyền thấp sẽ cho tay lái phản ứng nhanh hơn.
Hình 2 - 14: Đồ thi thể hiện sự thay đổi tỷ số truyền
Với hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử thì có thể thay đổi tỷ số truyền lái để phù hợp với từng trường hợp có thể xảy ra trong quá trình lái xe. Đặc biệt là khi xe qua chỗ cua gấp thì không cần xoay nhiều vành tay lái. (hình 2-14).
Hình 2 - 15: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
Với hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử thì khi người lái thay đổi hướng chuyển động của xe như lúc quay vòng hay vượt lên trước xe khác thì vết của hai bánh trước và sau trùng nhau, chính điều này giúp cho lốp xe ít bị mòn và bám sát quỹ đạo quay vòng của xe.
Hình 2 - 16: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái không có điều khiển bằng điện tử
Đối với các xe không dùng hệ thồng lái trợ lực điều khiển điện tử thì khi thay đổi hướng chuyển động của xe như lúc quay vòng hoặc vượt lên trước xe khác thì vết của hai bánh xe trước và hai bánh sau không trùng với nhau, nên lốp của các bánh xe mau mòn hơn và quay vòng cũng không chính xác bằng hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử và đặc biệt là lúc quay vòng ở tốc độ cao sẽ dễ bị lật xe.
2.3.5. Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
+ Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử có thể thay đổi tỷ số truyền lái một cách linh hoạt tùy thuộc vào tốc độ của xe và góc quay vành tay lái.
+ Khi chuyển hướng xe đột ngột thì vết của hai bánh trước và sau trùng nhau tránh cho xe bị lật đổ, lốp xe bị mòn nhiều.
+ Không cần phải quay nhiều vòng vành tay lái khi qua khúc cua, chỉ cần một tác động nhỏ ở vành tay lái là đã tạo nên một góc xoay tương đối lớn ở bánh xe. Giúp cho người lái có cảm giác thoải mái và tự tin.
+ Quay vòng xe sát, giảm bớt lực tác dụng lên vành tay lái
+ Với hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử thì nó có thể xen vào
trong một tức khắc để điều chỉnh nếu hệ thống lái có sự cố. Khi bộ trợ lực điều khiển điện tử có hỏng hóc thì hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường.
+ Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử hoạt động êm dịu, độ tin cậy cao.
CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ
3.1. Phương trình quay vòng ô tô hai cầu
3.1.1. Mô hình phẳng của ô tô.
Mô hình phẳng của ô tô được mô tả trên hình (3-1). Giả sử trọng tâm ô tô đặt tại mặt đường. Bỏ qua ảnh hưởng lật nghiêng thân xe dưới ảnh hưởng của lực ly tâm và hệ thống treo.
ℇ
α
Hình 3 - 1: Mô hình tính toán động lực học cho ô tô
Hệ tọa độ cố định (hệ tọa độ mặt đường) ký hiệu là Ox0y0z0. Hệ tọa độ di động (hệ tọa độ gắn với trọng tâm ô tô) ký hiệu là Txyz. Vận tốc tức thời của ô tô là v đặt tại trọng tâm T, α là góc lêch hướng chuyển động của ô tô, ℇ là góc quay tương đối của hai hệ tọa độ và cũng chính là góc quay của trục dọc ô tô khi chuyển động.
Các lực tác dụng lên bánh xe bao gồm:
X1,X2,X3,X4 : Là lực kéo ở các bánh xe.
Pf1,Pf2,Pf3,Pf4 : Lực cản lăn.
S1,S2,S3,S4 : Các phản lực bên.
Ms1,Ms2,Ms3,Ms4 : Các mô men cản quay của bánh xe.
Trọng tâm ô tô T đặt cách tâm trục cầu sau một đoạn là b, cách tâm trục cầu trước một đoạn là a. Chiều dài cơ sở l = a + b. Lực cản của không khí (kể cả của gió) đặt tại điểm c cách trọng tâm một đoạn e. Và chia làm hai thành phần, lực cản không khí theo phương dọc x là Pωvà lực gió bên N.
Tại trọng tâm ô tô có lực:
: Lần lượt là lực quán tính, lực ly tâm (trong đó m là khối lượng của ô tô).
: Là mô men quán tính xung quanh trục Tz Khi thân xe quay (Jz là mô men quán tính của ô tô đối với trục Tz đi qua trọng tâm T, là gia tốc góc quay thân xe).
βt: Là góc quay của bánh xe dẫn hướng.
tt và ts: Lần lượt là kích thước chiều rộng vết lốp của cầu trước và cầu sau.
Phương trình cân bằng các lực và mô men sẽ là:
Đối với trục dọc ô tô:
(3.1)
Đối với trục ngang ô tô:
m sin(α) – mv( )Cos(α) – (S1 + S2)Cosβt + S3 + S4 +
(X1 +X2 – Pf1 – Pf2 )sinβt + N = 0 (3.2)
Phương trình cân bằng mô men đối với trọng tâm ô tô T:
Jz + (S1 + S2)aCos(βt) – (S3 + S4) b + (S1 S2). sinβt –
(Ms1 +Ms2 + Ms3 + Ms4) + (X1 + X2 – Pf1 – Pf2)a sinβt –
(X1 – X2 – Pf1 + Pf2). Cosβt – (X3 – Pf3 – X4 + Pf4). + N.e = 0 (3.3)
Các phương trình (3.1) (3.2) (3.3) được gọi là phương trình quay vòng của ô tô. Các phương trình này biểu thị sự chuyển động của ô tô khi bánh xe dẫn hướng lệch một góc βt. Nếu βt = 0 khi đó ô tô có thể chuyển động thẳng, ở đây coi chuyển động thẳng là một trường hợp đặc biệt của chuyển động quay vòng. Các phương trình này có dạng phương trình vi phân bậc hai đối với α,ℇ. Với các hàm kích động là các mô men, phản lực của mặt đường, của lực cản không khí, lực cản gió bên và góc đánh vành lái βt.
3.1.2. Mô hình của hệ thống lái.
Mô hình được mô tả trên hình (3-2). Ta đi xác định mối quan hệ của góc quay vành lái βv và góc quay bánh xe dẫn hướng βt. Mối quan hệ này chịu ảnh hưởng của góc quay vành lái, cơ cấu lái, đòn dẫn động lái, trụ lái đứng và các bánh xe dẫn hướng.
Đòn ngang
Βv
Cơ cấu lái
Đòn quay bánh xe
Vành lái
Đòn quay phụ
Đòn quay đứng
Độ cứng Cl
Trụ đứng
Trụ đứng
Hình 3 - 2: Mô hình hệ thống lái
r0 : Bán kính quay vòng bánh xe quanh trụ đứng.
nk: Khoảng dịch chuyển trước của đường tâm trụ đứng.
ns1 ns2 : khoảng dịch chuyển sau của đường tâm phản lực bên.
Cl : Độ cứng góc của hệ thống lái. Trong mô hình được biểu thị bằng phần tử đàn hồi đặt giữa đòn quay đứng và đòn ngang của dẫn động lái.
il : Tỷ số truyền của hệ thống lái, coi toàn bộ tỷ số truyền il được đảm nhận trong cơ cấu lái. Trong thực tế tỷ số truyền của dẫn động lái thường bằng 0.9 đến 1.1.
nx1, nx2 : Độ dịch ngang một đoạn của X1,X2 do tác dụng của lực bên S1,S2.
Góc quay của đòn quay đứng (βv* được tính khi vành tay lái quay đi một góc βv).
Mô men quay vành lái Mv tính chuyển về đòn quay đứng và bỏ qua hiệu suất:
Mv*= Mv.il (3.5)
Mv* là mômen đặt tại đòn quay đứng
Nếu coi sự biến dạng của hệ thống tuân theo định luật Húc (tuyến tính) thì:
Mv* = Cl(βv* - βt) (3.6)
Mặt khác nếu coi C’l là độ cứng góc của hệ thống lái tính từ vành lái xuống tới bánh xe thì:
Mv= C’l.( βv - il.βt ) (3.7)
Qua (3.5) và (3.6) ta thừa nhận : Cl = Cl’.il2
Từ hình vẽ ta có thể xác định Mv* như sau:
Mv* = (S1 + S2)nk + S1ns1 + S2ns2 + X1(r0 + nx1) - X2(r0 - nx2 ) (3.8)
Ảnh hưởng của lực vòng X1,X2 đối với góc quay βt thông qua sự sai khác (X1 –X2) và (r0 + nx1), (r0 – nx2)
Giả sử bỏ qua sự sai khác này của lực vòng và coi độ dịch chuyển sau ns1 = ns2 = ns thì:
Mv* = (S1 + S2)(nk +ns) (3.9)
Từ (3.6) và (3.9) ta viết:
(S1+S2 )(nk +ns) = Cl(βv* - βt)
Như vậy mối quan hệ của βt và βv* là:
Hay :
Nhờ hai mô hình ta có thể khảo sát động lực học chuyển hướng của ô tô bằng các phương trình (3.1) (3.2) (3.3) và (3.10).
3.2. Đánh giá động lực học quay vòng đều của ô tô hai cầu (Tính điều khiển tĩnh).
3.2.1 Động lực học mô hình một vệt bánh xe
Khảo sát tính điều khiển và ổn định quĩ đạo chuyển động của ô tô đơn giản hơn cả là dùng mô hình phẳng một vệt bánh xe.
α
V
asdsad
Hình 3 - 3: Mô hình phẳng một vệt của ô tô
Ở mô hình này bỏ qua lực cản lăn và momen đàn hồi bánh xe.
So với mô hình toàn xe hình (3-1) thì:
St = S1 + S2 Ss = S3 + S4
Xt = X1 + X2 Xs = X3 + X4
Các phương trình quay vòng của ô tô cho mô hình một vệt bánh xe như sau:
-m Cosα + mv( ) sinα - St sinβt + XtCosβt + Xs - Pω = 0 (3.12)
-m sinα – mv(( )Cosα + StCosβt + Ss + Xtsinβt + N = 0 (3.13)
-Jz + St.a.Cosβt – Ss.b + Xtsinβt.a +N.e = 0 (3.14)
Trong quan hệ hình học tuyến tính giả sử α và nhỏ thì:
sinα 0 ; Cosα 1 ; sinβt 0 ; Cos βt 1 ta có:
-m + Xt + Xs - Pω = 0 (3.15)
-mv( ) + St + Ss + N = 0 (3.16)
-Jz + St.a – Ss.b +N.e = 0 (3.17)
Phản lực bên được tính :
St = Cat.αt
Ss = Cas.αs
Trong đó :
Cat,, Cas là các hệ số độ cứng góc lệch bên trung bình của bánh xe cầu trước và cầu sau.
αt , αs lần lượt là góc lệch bên bánh xe cầu trước và cầu sau.
vt
α
α
α
Tâm quay tức thời
Hình 3 - 4: Quan hệ động học của mô hình một vết
Từ hình vẽ ta có:
αt = α – + βt
αs = α +
Thay vào phương trình (3.15)(3.16)(3.17): Ta được
-m + Xt + Xs - Pω = 0 (3.18)
-mv( ) - Cat( α + - βt) - Cas(α - ) + N = 0 (3.19)
-Jz - Cat .a( α + - βt) + Casb(α - ) +N.e = 0 (3.20)
Ta lại có góc quay bánh dẫn hướng được tính theo (3.10) cho mô hình một vệt như sau:
Ta đặt:
Ta xét trạng thái quay vòng đều nên , do vậy hệ phương trình (3.18),(3.19),(3.20) chỉ còn hai phương trình chuyển động của ô tô.
Bỏ qua ảnh hưởng của gió thì phương trình lúc đó trở thành:
Trong quay vòng đều ở giới hạn tuyến tính thông số cần xác định là góc lệch bên của thân xe α, vận tốc góc quay thân xe .
Phương trình (3.26) (3.27) có dạng:
D1 + D2α + D3 = D5
E2α + E3 + E4 = E5
Các thông số α, , , chỉ là vi phân bậc nhất của hàm cần xác định, các hệ số trong quay vòng đều là hằng số. Hàm kích động là .
3.2.2. Đánh giá tính điều khiển tĩnh của ô tô.
Trong tính điều khiển tĩnh của ô tô (hay tính động lực học quay vòng đều), ở đây cần thiết xác lập mối quan hệ của các chuyển vị (α, ℇ hoặc ) của ô tô khi quay vành lái với góc nhất định. Trong quay vòng đều, ô tô sẽ chuyển động trên quĩ đạo cong có R=const, v = const.
Khi quay vòng đều trên đường có R= const, v= const, giá trị α và sẽ không thay đổi khi bánh xe chuyển động trước giới hạn trượt bên.
α= const = αtm
Do vậy: ,
Phương trình (3.26) (3.27) sẽ thành:
t (3.28)
t
Từ phương trình (3.28) và (3.29) ta có thể thiết lập được mối quan hệ αtm và t với góc quay vành lái. Ta dùng hàm truyền ; ; để đánh giá, xác định các phản ứng của ô tô trước các giá trị góc quay vành lái.
Ta quy ước viết gọn hàm truyền ; ; . Trong đó chữ ‘t’ biểu thị tính điều khiển tĩnh của ô tô ở trạng thái quay vòng đều.
3.2.2.1. Vận tốc góc quay thân xe, hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu.
Giải phương trình (3.28) (3.29):
Từ (3.28) ta có:
Thay vào (3.29) ta được:
Ta đặt :
(3.31) là hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe.
Nhận xét đánh giá:
Ta thấy K là hệ số phụ thuộc vào các tham số kết cấu : m, a, b, l, mà không phụ thuộc vào vận tốc và góc quay vành lái, bởi vậy nó đặc trưng cho trạng thái cấu trúc của ô tô khi quay vòng đều.
K = 0 ô tô ở trạng thái quay vòng đúng.
K > 0 ô tô ở trạng thái quay vòng thiếu.
K < 0 ô tô ở trạng thái quay vòng thừa.
K được coi là nhân tố quay vòng của ô tô. Sử dụng công thức (3.30) có thể đánh giá sơ bộ trạng thái quay vòng của ô tô khi thiết kế. Thông số k ảnh hưởng rất lớn đến tính điều khiển của ô tô.
Có thể viết :
Đồ thị được coi là đường đặc tính tốc độ của vận tốc góc quay thân xe nhờ đồ thị này có thể đánh giá độ nhạy cảm góc quay thân xe trước góc quay vành lái ở các cấp tốc độ khác nhau.
Đồ thị được biểu diễn ở hình vẽ dưới.
+ k = 0 sự tăng tốc độ kèm theo sự tăng tuyến tính của giá trị hàm truyền
Hình 3 - 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe
Hình 3-5:
+ k > 0
Ở vận tốc thì đạt cực trị, ô tô ở trạng thái quay vòng thiếu tại vận tốc này hàm truyền đạt cực đại. Vận tốc này được gọi là ‘vận tốc đặc trưng’ và được xác định bằng biểu thức dưới.
Tại góc quay vòng nhất định, với vận tốc này ô tô ở trạng thái quay vòng thiếu có độ nhạy cảm lớn đối với góc quay thân xe. Ở trạng thái này người lái xe phải thận trọng điều khiển tốc độ của ô tô.
+ k < 0
Ở vận tốc thì có thể bằng . Vận tốc này gọi là ‘vận tốc nguy hiểm’ được xác định bằng biểu thức dưới.
Chế độ làm việc của ô tô khi đó có độ nhạy cảm quá lớn đồng thời dẫn đến tăng lực ly tâm do tăng mạnh người lái có thể mất khả năng điều khiển.
Ta thấy rằng chỉ có trường hợp ô tô có k > 0 (tức trường hợp quay vòng thiếu) giá trị hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe mới không vượt quá một giá trị nhất định khi vận tốc tăng. Điều này đảm bảo cho ô tô ổn định khi quay vòng với tốc độ cao.
3.2.2.2. Góc lệch hướng chuyển động của ô tô (góc lệch bên).
Giải phương trình (3.28) (3.29) ta được hàm truyền của góc lệch:
Đồ thị biểu diễn theo vận tốc được vẽ ở hình bên:
Góc α biều thị góc lệch giữa vận tốc chuyển động tức thời của trọng tâm ô tô với trục dọc ô tô vì vậy khi giá trị của α quá lớn sẽ làm mất tính điều khiển của ô tô.
Nhận xét đánh giá:
Vượt quá tốc độ này .
Hình 3 - 6: Đồ thị đặc tính tốc độ của góc lệch bên
+ Với ô tô có trạng thái quay vòng thiếu (k>0):
Tại v = thì:
Tại v = v1 (vận tốc đặc trưng)
+ Với ô tô có trạng thái quay vòng đúng (k = 0) thì tại v = v1
Như vậy tại vận tốc đặc trưng (v1) chuyển vị có giá trị gấp đôi so với ô tô ở trạng thái quay vòng thiếu
+ Với ô tô có trạng thái quay vòng thừa (k<0):
Nếu v thì khi đó ô tô chuyển động ở khu vực mất ổn định (hàm chuyển vị có xu hướng tăng lên rất lớn).
3.2.2.3. Gia tốc bên
Hàm truyền gia tốc bên:
Vì quỹ đạo chuyển động là tròn nên gia tốc bên của thân xe là gia tốc hướng tâm của trọng tâm.
nên:
Đồ thị đặc tính tốc độ của hàm truyền gia tốc bên được biểu diễn ở đồ thị bên.
Hình 3 - 7: Đồ thị đặc tính tốc độ của gia tốc bên
Nhận xét đánh giá:
+ Khi ô tô có trạng thái quay vòng thừa (k < 0): Tại vận tốc v2 giá trị hàm truyền có thể bằng . Ô tô lúc đó chuyển động ở khu vực mất ổn định do gia tốc bên tăng lên rất lớn.
+ Ở trạng thái quay vòng thiếu k > 0 thì ở hàm tiến tới tiệm cận có giá trị 1/k. Tức là khi ô tô chạy với tốc độ lớn thì gia tốc bên tăng không vượt quá giá trị nhất định, đảm bảo tính ổn định cho xe khi quay vòng với tốc độ cao.
K > 0 Casb – Cata > 0, nếu coi Cas = Cat thì b > a. Tức là trọng tâm đặt lên gần trục cầu trước hơn.
3.2.2.4. Đánh giá đặc tính tốc độ của xe cụ thể.
Thông số xe (lấy trong tài liệu tham khảo [7]):
m= 1573kg l=2.68m a=1.1m
= 80000 N/rad = 80000 N/rad b=1.58m
Il=17 ns +nk =0.1m
Ta thay vào các biểu thức (3.31)(3.35)(3.36) được các hàm truyền theo góc quay vành lái .
Sử dụng các hàm truyền đã tính toán ở trên để viết chương trình trên Matlab ta được các đường đặc tính tốc độ phía dưới. Chương trình được viết trong file dkt.m ở phần phụ lục.
Hình 3 - 8: Đường Đặc tính tốc độ của (1/s)/rad
Hình 3 - 9: Đường Đặc tính tốc độ của rad/rad
Hình 3 - 10: Đường Đặc tính tốc độ của [(m/s2)/rad]
Nhận xét đánh giá:
Từ các đồ thị đặc tính tốc độ ở trên ta có giá trị hàm truyền của gia tốc bên, vận tốc quay thân xe, góc lệch hướng chuyển động ở các vị trí vận tốc bất kì của ô tô.
+ Tính toán ta được k = 0.0035 > 0, do vậy xe ở trạng thái quay vòng thiếu (xe đảm bảo khả năng quay vòng thiếu).
+ Tại v = 27.6m/s hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe có giá trị lớn nhất bằng 0.3. Với vận tốc này ô tô có độ nhạy cảm lớn đối với góc quay thân xe. Do vậy người lái xe cần điều khiển vận tốc xe tránh vùng vận tốc này khi quay vòng để làm chủ quỹ đạo chuyển động.
+ Tại v = 0 giá trị hàm truyền góc lệch là 0.034 khi vận tốc tăng tới 14m/s thì giá trị hàm truyền bằng 0. Vận tốc tiếp tục tăng thì giá trị hàm truyền sẽ tiến tới -0.135. Giá trị góc lệch âm có nghĩa là nếu góc quay bánh xe theo chiều dương thì góc lệch sẽ quay theo chiều ngược lại. Khi quay vòng góc lệch không được phép quá lớn vì nó sẽ làm mất tính điều khiển của ô tô.
+ Giá trị hàm truyền gia tốc bên tăng theo vận tốc có xu hướng tiệm cận với giá trị lớn nhất 16.8. Khi gia tốc bên tăng làm cho lực bên tăng nếu tăng tới giới hạn nào đó ô tô sẽ bị trượt bên làm mất tính ổn định của ô tô. Do vậy khi quay vòng vận tốc ô tô phải nhỏ hơn một giá trị giới hạn để tránh trượt bên.
Điều kiện để ô tô không trượt bên là:
Flt < Fms (*)
Trong đó:
Flt = m. = m. ( lực ly tâm do gia tốc bên gây ra)
Fms= f.m.g (lực ma sát giữa lốp xe và nền đường)
f: Là hệ số ma sát trượt giữa lốp xe và nền đường (giả sử trong điều kiện tốt, xe chạy trên nền đường bê tông, khi đó f = 1.7 ).
g: Gia tốc trọng trường (g = 9.8 (m/s2))
βv: Góc quay vành tay lái ( lấy βv = )
m: khối lượng xe ô tô.
Thay hai biểu thức của Flt và Fms vào (*) ta được:
Thay các giá trị của f, g, βv vào (**) ta tìm ra:
Dựa vào đường đặc tính tốc độ (3-10) khi v <18.8(m/s)
Như vậy để ô tô không trượt bên, đảm bảo an toàn khi quay vòng với góc quay vành lái (βv = ) thì người lái xe cần điều khiển vận tốc ô tô nhỏ hơn 18.8m/s (tức 67.7 km/h ).
3.2. Đánh giá động lực học quay vòng động của xe ô tô hai cầu (Tính điều khiển động)
3.2.1. Tính điều khiển động
Tính điều khiển động ô tô được khảo sát bằng các hàm chuyển vị động khi vận tốc chuyển động của ô tô không đổi. Hàm kích động là . Dạng hàm kích động là hàm bậc thang đơn vị. Trong bài toán dạng này có thể dùng hàm ngẫu nhiên. Nhưng với phạm vi lý thuyết để tìm được quy luật chuyển động ta sử dụng hàm tiền định như lý thuyết điều khiển đã chỉ ra.
Bài toán tiến hành khảo sát trên mặt phẳng của đường, quá trình khảo sát sẽ thông qua bước khảo sát ổn định của hệ thống cơ học. Các hàm chuyển vị cơ bản là: . Ta đi xác định quan hệ giữa các hàm mục tiêu này với hàm kích động dưới dạng hàm truyền bằng phương pháp biến đổi laplac.
3.2.1.1. Hàm truyền hệ thống
Sử dụng các phương trình (3.26),(3.27) đã viết trong mô hình phẳng tuyến tính khi bỏ qua ảnh hưởng của gió ở phần trước.
Ở phần trước ta coi = const, còn ở đây coi . Do vậy tính chất bài toán là quá trình quá độ.
Ta kí hiệu như sau:
ảnh là hàm truyền là
ảnh là hàm truyền là
ảnh là hàm truyền là
Biến đổi laplac hệ phương trình vi phân (3.37) (3.38):
Từ phương trình (3.39) rút ra:
Thay vào (3.40) :
Ta đặt:
Khi đó hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe là:
Tương tự tính được hàm truyền của góc lệch α :
Sử dụng hoặc
Hàm truyền của gia tốc bên :
Các hệ số trong biểu thức:
3.2.1.2. Điều kiện ổn định của hệ thống
Phương trình đặc trưng :
Lập bảng Routh
P2 1 ω02
P1 2
P0 ω02
Để hệ ổn định thì tất cả các phân tử ở cột thứ nhất bảng Routh đều dương.
> 0 và ω02 > 0
Từ (3.41) Ta thấy luôn lớn hơn 0.
ω02 > 0
hay:
Nhận xét :
+ k > 0 biểu thức (3.46) luôn đúng, Do vậy hệ thống luôn ổn định khi cấu trúc của ô tô ở trang thái quay vòng thiếu.
+ k = 0 hệ thống ổn định
+ k < 0 thì hệ thống chỉ ổn định khi
3.2.2. Đánh giá chất lượng hệ thống trong điều khiển động.
3.2.2.1. Một số khái niệm
Chất lượng của một hệ thống điều khiển được đánh giá qua 2 chế độ:
+ Quá trình quá độ: là quá trình chuyển trạng thái của hệ thống
+ Chế độ xác lập: là chế độ khi hệ thống có tác động đầu vào và sau khi hết quá trình quá độ thì hệ thống sẽ thiết lập một trạng thái ổn định mới.
Ở đây ta đánh giá chất lượng hệ thống với hàm kích động dạng bậc thang (step), tại t = 0 hàm kích động βv(t) nhảy cóc lên giá trị vt.
Thông số xe (lấy trong tài liệu tham khảo [7]):
m= 1573kg l=2.68m a = 1.1m
= 80000 N/rad = 80000 N/rad b = 1.58m
Il =17 ns + nk =0.1m v = 15m/s
Jz =2873 kg.m2
Với xe này ta có:
Theo (3.46) hệ thống ổn định. Do vậy ta chỉ đánh giá quá trình quá độ của hệ thống.
Một số tham số để đánh giá quá trình quá độ:
+ Thời gian lên (tr): là thời gian cần thiết để đáp ứng của hệ thống tăng từ 10% đến 90%.
+ Thời gian quá độ (tqđ): là thời gian cần thiết để sai lệch giữa đáp ứng của hệ thống và giá trị xác lập của nó không vượt quá 2%. Trong một hệ thống điều khiển tqđ phải nhỏ hơn (2 3) chu kì dao động quanh giá trị xác lập.
Hình 3 - 11: Thời gian quá độ và thời gian lên
+ Độ quá điều chỉnh (PO): là sai lệch cực đại trong quá trình quá độ so với giá trị xác lập, tính theo đơn vị phần trăm. Trong một hệ thống điều khiển độ quá điều chỉnh phải nhỏ hơn 25%.
Hình 3 - 12: Độ quá điều chỉnh
3.2.2.2. Đánh giá quá trình quá độ của hệ thống.
Thay vào các biểu thức (3.43)(3.44)(3.45) ta được hàm truyền theo góc quay vành lái .
Sử dụng các hàm truyền này để viết chương trình trên MATLAB. Chương trình được viết trong file dkd.m ở phần phụ lục. Sau khi chạy chương trình ta được các đặc tính quá độ.
a.Đặc tính quá độ của vận tốc góc quay thân xe
Hình 3 - 13: Đặc tính quá độ của vận tốc góc quay thân xe
Từ đồ thị ta thấy:
+ Giá trị xác lập là: 0.255
+ Thời gian lên: tr = 0.242s
+ Thời gian quá độ: tqd = 0.37s.
+ Độ quá điều chỉnh: PO 0
Kết luận: Quá trình quá độ hệ thống ổn định, thời gian lên và thời gian quá độ ngắn(tqd = 0.37s), độ quá điều chỉnh PO . Do vậy mà đáp ứng quá độ tốt, không cần xây dựng bộ điều khiển.
b.Đặc tính quá độ của góc lệch hướng chuyển động
Hình 3 -14: Đặc tính quá độ của góc lệch hướng chuyển động
Từ đồ thị ta thấy:
+ Thời gian lên: tr = 0.233 - 0.013= 0.22 (s)
+ Thời gian quá độ: tqđ = 0.313 (s)
+ Độ quá điều chỉnh: P.O.
Kết luận: Quá trình quá độ hệ thống ổn định, thời gian lên và thời gian quá độ ngắn (tqd = 0.313s), độ quá điều chỉnh PO . Do vậy mà tqd và PO nằm trong giới hạn cho phép. Vì vậy mà hệ thống không cần xây dựng bộ điều khiển.
c.Đặc tính quá độ của gia tốc bên
Hình 3 - 15: Đặc tính quá độ của gia tốc bên
Từ đồ thị ta thấy:
Tại t = 0 có bước nhảy với giá trị
+ Thời gian lên: tr có giá trị rất nhỏ
+ Thời gian quá độ: tqd = 0.735s
+ Độ quá điều chỉnh: P.O = (ymax - yxl)/yxl = (7.9 – 3.83)/3.83 = 106%
Kết luận: Quá trình quá độ hệ thống ổn định, thời gian quá độ ngắn (tqd = 0.735s), độ quá điều chỉnh PO = 106% quá lớn. Độ quá điều chỉnh lớn hơn 25%. Do vậy cần phải xây dựng bộ điều khiển để giảm độ quá điều chỉnh nằm trong phạm vi cho phép.
KẾT LUẬN
Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu đề tài thu được nhưng kết quả sau:
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động, các bộ phận cơ bản của một hệ thống lái nói chung. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cơ cấu lái thường dùng (như cơ cấu lái: trục vít - con lăn, trục vít - ê cu - bi - cung răng, bánh răng - thanh răng). Phân tích được tác dụng của các tham số góc đặt bánh xe.
Hệ thống lái cơ học loại thường và hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển ): Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trục vít - bánh vít, hệ thống lái bánh răng - thanh răng, hệ thống lái có bộ trợ lực loại khí nén, bộ trợ lực thủy lực, bộ trợ lực điện. Từ đó đưa ra những đánh giá về hệ thống lái đó.
Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử: Tìm hiểu được các bộ phận chính, nguyên lý hoạt động, ưu điểm của một hệ thống lái có điều khiển điện tử so với hệ thống lái không có điều khiển.
Xây dựng được phương trình động lực quay vòng cho mô hình toàn xe và mô hình một vệt bánh xe.
Đưa ra được những hàm truyền của các tham số chuyển vị của ô tô (như góc lệch, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc bên) ở các chế độ quay vòng đều (điều khiển tĩnh) và quay vòng động (điều khiển động). Từ đó xác định được các đường đặc tính tốc độ của xe. Trên cơ sở này đưa ra những nhận xét đánh giá phản ứng của ô tô tại các vận tốc khác nhau khi quay vòng, đưa ra những lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động và ổn định cho xe khi chuyển hướng.
Đánh giá được độ ổn định, chất lượng quá độ của các tham số chuyển vị của xe khi quay vòng động (điều khiển động).
Phương hướng phát triển đề tài:
Sau quá trình thực hiện đề tài, do trình độ và thời gian có hạn nên em chỉ tập trung tìm hiểu và nghiên cứu được các vấn đề nêu trên. Vì vậy mà đề tài có thể phát triển theo phương hướng sau.
Tiếp tục tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn về hệ thống lái có điều khiển điện tử. Nguyên lý cấu tạo của từng bộ phận trên hệ thống lái này.
Xây dựng bộ điều khiển cho chuyển vị gia tốc bên để đảm bảo độ quá điều chỉnh cho hệ thống nằm trong phạm vi cho phép.
Trong thực tế tác động của gió tới động lực học của xe khi chạy với tốc độ cao là rất lớn. Do vậy nên nghiên cứu đánh giá động lực học quay vòng có xét tới ảnh hưởng của lực cản gió bên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lý thuyết ô tô máy kéo
Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê thị Vàng, Du quốc Thịnh.
Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật 2005
[2]. Kết cấu và tính toán ô tô
Ngô Hắc Hùng
Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội – 2008
[3]. Lý thuyết ô tô
Nguyễn Ngọc Lâm
Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội – 1984
[4]. Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô
PTS.TS. Nguyễn khắc Trai
Nhà xuất bản giao thông vận tải 1997
[5]. Bài giảng mô phỏng thiết kế hệ thống tự động
ThS. An Tri Tân
Trường đại học giao thông vận tải
[6]. Cơ sở thiết kế ô tô
PTS.TS. Nguyễn khắc Trai
Nhà xuất bản giao thông vận tải
[7]. Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng cơ – điện tử trong hệ thống lái ô tô”
SV. Trịnh Thanh Nga
Lớp: Cơ - điện tử k45 Trường đại học giao thông vận tải
[8]. Vehicle Dynamics and Control
PHỤ LỤC
File dkt.m
% thong so ban dau cua xe
v=0:0.2:150; % van toc xe thay doi tu 0 den 150 (m/s)
m=1573; % khoi luong xe (kg)
l=2.68; % khoang cach tu cau truoc toi cau sau cua xe (m)
a=1.1; % chieu dai cau truoc (m)
b=1.58; % chieu dai cau sau (m)
il=17; % ti so truyen he thong lai
nsk=0.1; % tong khoang dich chuyen truoc cua tam tru dung va khoang dich sau cua duong tam phan luc ben (m)
cat=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau truoc (N/rad)
cas=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau sau (N/rad)
% tinh toan cac tham so
k=m*(cas*b-cat*a)/(cat*cas*l); % cong thuc tinh k
epsi=v./(il.*(l+k*(v.^2))); % ham truyen van toc goc quay than xe
goclech=epsi.*((b./v)-(m*a.*v./(cas*l))); % ham truyen goc lech ben cua trong tam o to
giatocben=(v.^2)./(il.*(l+k.*v.^2)); % ham truyen gia toc ben
% ve do thi duong dac tinh toc do van toc goc quay than xe
plot(v,epsi)
title('do thi dac tinh toc do van toc goc quay than xe')
xlabel('V(m/s)')
ylabel('(1/s)/rad')
grid
% do thi dac tinh toc do goc lech ben cua trong tam o to
figure
plot(v,goclech)
title('do thi dac tinh toc do goc lech ben cua trong tam o to')
xlabel('V(m/s)')
ylabel('(rad)/rad')
grid
% do thi dac tinh toc do gia toc ben
figure
plot(v,giatocben)
title('do thi dac tinh toc do gia toc ben cua o to')
xlabel('V(m/s)')
ylabel('[(m/s2)/rad]')
grid
File dkd.m
% thong so xe
v=15; % van toc xe (m/s)
m=1573; % khoi luong xe (kg)
l=2.68; % khoang cach hai cau xe(m)
a=1.1; % chieu dai cau truoc (m)
b=1.58; % chieu dai cau sau (m)
il=17; % ti so truyen he thong lai
jz=2873; % mo men quan tinh cua xe (kg.m2)
nsk=0.1; % tong khoang dich chuyen truoc cua tam tru dung va sau cua duong tam phan luc ben (m)
cat=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau truoc (N/rad)
cas=80000; % he so do cung goc lech ben cua banh xe cau sau (N/rad)
% tinh cac tham so tinh
k=m*(cas*b-cat*a)/(cat*cas*l);
epsi=v./(il.*(l+k*(v.^2)));
goclech=epsi.*((b./v)-(m*a.*v./(cas*l)));
giatocben=(v.^2)./(il.*(l+k.*v.^2));
cosi=v*(m*(cat*a^2+cas*b^2)+jz*(cat+cas))/(2*jz*m*v^2);
w02=(cat*cas*l^2+m*(cas*b-cat*a)*v^2)/(jz*m*v^2);
Tepsi=m*a*v/(cas*l);
Tanpha=jz*v/(cas*b*l-m*a^2*v);
T1y=b/l;
T2y=jz/(cas*l);
T1=(2*cosi)/w02;
T22=1/w02;
% ve do thi dac tinh qua do cua van toc goc quay than xe
Fepsi=epsi*tf([Tepsi 1],[T22 T1 1]);
step(Fepsi)
% do thi dac tinh qua do goc lech ben
Fanpha=goclech*tf([Tanpha 1],[T22 T1 1]);
figure
step(Fanpha)
% dac tinh qua do gia toc ben
Fy=giatocben*tf([T2y T1y 1],[T22 T1 1])
figure
step(Fy)
Bạn đang đọc truyện trên: AzTruyen.Top