Đề tài nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên toyota đời mới

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.8 MB, 106 trang )

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC
TRÊN Ô TÔ TOYOTA ĐỜI MỚI

GVHD : Th.s TRẦN ANH SƠN
SVTH : LÊ NGỌC CHUNG - 07702231
PHẠM TIẾN HÙNG - 07709611
Lớp
: DHOT3
Khoá : 03

Đồ Án Tốt Nghiệp
mới

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ơ tơ Toyota đời

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm2011

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

3

5

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ
mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc
biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản phẩm
xe hơi, nó khơng những là phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó cịn là tác phẩm thể
hiện sự tiện nghi và sang trọng. chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện
đại, di cùng với nó là sự tiện nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát
triển nhằm tạo ra sự êm ái và an toan khi điều khiển. chính vì vậy, nhóm chúng em đã
đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng em
chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên các dòng xe du lịch toyota đời mới.

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, chúng em đã
nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, các em và các
bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc chúng em xin được bày tỏ lới cảm ơn chân
thành tới.
Ban giám hiệu, khoa Công Nghệ Động Lực trường Đại Học Công Nghiệp
TP.Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ chúng em trong quá trình học
tập và hoàn thành đồ án tố nghiệp.
Thầy Trần Anh Sơn, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động
viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn
thành luận văn tốt nghiệp. Chúng em cũng muốn gửi lời cám ơn tới các thầy trong tổ
phản biện, cũng là những người thầy đáng kính đã truyền đạt cho chúng em những kiến
thức, kỹ năng thực hành quý báu trong chuyên nghành công nghệ ô tô.
Chúng em xin gửi lời cám ơn tới tất cả các thầy cơ trong các khoa, phịng tại
trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.Hồ Chí Minh - những người đi trước trên hành trình

đi tìm tri thức, những người đã hướng dẫn, hỗ trợ chúng em suốt bốn năm học đại học.
Cuối cùng xin dành lời cảm ơn tới cha me, đã sinh ra và nuôi dưỡng chúng con
đã luôn ở bên cạnh động viên và giúp đỡ chúng con học tập làm việc và hoàn thành đồ
án.

NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
……… Ngày … tháng…. Năm….... Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
……… Ngày … tháng…. Năm….... Giảng viên phản biện

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU...............................................................................................13
1.1 Lý do chọn đề tài...................................................................................................13
Trong những năm gần đây. Nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ

mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội,
đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô........................................................................13
chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, di cùng với nó là sự tiện
nghi và an toàn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và
an toan khi điều khiển..................................................................................................13
Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an toàn của
một chiếc xe. Chính vì vậy, nhóm chúng em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc
hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái
trợ lực trên các dòng xe du lịch toyota đời mới..........................................................13
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài...........................................................................13
1.3 Giới hạn đề tài.......................................................................................................13
1.4 Phương pháp nghiên cứu......................................................................................14
1.6 Bố cục của đồ án...................................................................................................14
CHƯƠNG II ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VỊNG Ơ TƠ...........................................15
2.1 q trình quay vịng ơ tô........................................................................................15
2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi quay vịng......................................16
2.3 Các lực tác dụng lên ơ tơ khi ơ tơ quay vịng........................................................17
2.4 xét sự quay vịng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp.................................19
2.5 Các trường hợp quay vịng...................................................................................20
2.5.1 Trường hợp quay vịng trung tính. = => R = R0 .......................................20
2.5.2 Trường hợp quay vòng thiếu.........................................................................21
Trường hợp δ1 > δ2 Tức là góc lệch hướng của cầu trước lớn hơn cầu sau, khi
đó R > R0 nên ơ tơ có tính chất quay vịng thiếu. Người lái phải đánh thêm vơ
lăng để duy trì quỹ đạo chuyển động với bán kính R0 . Phản ứng của người lái
trong trường lợp này là thuận. Khi ô tơ chuyển động thẳng mà xuất hiện δ1 > δ2
thì ô tô quay vòng quanh tâm O. Lực ly tâm Plt xuất hiện ngược chiều lực ngang
Y. Vì vậy, chúng triệt tiêu nhau làm cho ô tô ổn định hướng chuyển động thẳng.
Như vậy, quay vòng thiếu là tốt. Hầu hết xe ơ tơ đời mới có cầu trước chủ động.
Khi đó, các bánh xe ở cầu trước sẽ bị trượt dọc nhiều nên khả năng bám ngang
giảm. Nên có xu hướng quay vịng thiếu, có khả năng ổn định chuyển động tốt

hơn. ..........................................................................................................................21
.................................................................................................................................21
Hình 2.7 Trường hợp quay vịng thiếu..................................................................22
2.5.3 Trường hợp quay vịng thừa..........................................................................22
.................................................................................................................................22
Hình 2.8 Trường hợp quay vịng thừa....................................................................22

Đồ Án Tốt Nghiệp
mới

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời

Trường hợp δ1 < δ2 => thì R < R0 nên xe có tính năng quay vòng thừa.Trường
hợp này xe bị mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm Plt
xuất hiện trùng với chiều của lực ngang Y. Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc xe
càng cao. Để tránh khả năng lật đổ xe trong trường hợp này, người lái phải nhanh
chóng đánh tay lái theo hướng ngược lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính
quay vịng. Phản ứng của người lái trong trường hợp này là nghịch. Hơn nữa, khi
ô tô chuyển động thẳng mà xuất hiện góc lệch hướng δ1 thì q trình trên càng
thêm tiến triển. Như vậy, quay vòng thừa là cần tránh trong thiết kế và vận hành ô
tô...............................................................................................................................22
2.6 Ổn định khi quay vịng..........................................................................................22
CHƯƠNG III PHÂN TÍCH CÁC THƠNG SỐ TRONG HỆ THỐNG LÁI.........25
3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ơtơ ........................................................................25
3.2 Điều kiện khơng trượt khi quay vịng .................................................................26
3.3 Hình học lái ...........................................................................................................29
3.3.1 Góc camber (góc dỗng bánh xe)..................................................................29
3.4 Các yêu cầu của hệ thống lái ................................................................................37
3.5 Trợ lực lái...............................................................................................................38

CHƯƠNG IV CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG LÁI........................................................................................................43
4.1 Yêu cầu của hệ thống lái........................................................................................43
4.2 Lực cản quay vòng.................................................................................................46
4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cản khi quay vòng................................................51
4.3.3 Hệ số bám φ........................................................................................................59
Ta biết rằng hệ số bám φ của bánh xe với mặt đường là các giá trị dùng để xác
định giá trị lực vòng (phản lực tiếp tuyến X) hay lực kéo hoặc lực phanh cực đại
mà bánh xe có khả năng truyền được cho mặt đường. Ta chỉ đề cập tới hệ số bám
lăn như là giá trị dùng để xác định phản lực tiếp tuyến cực đại mà bánh xe có thể
truyền cho mặt đường khi lăn. Giá trị của hệ số bám lăn (thường gọi là hệ số bám)
dao động trong khoảng từ 0.1 (đường đóng băng) tới 1.0 (đường bêtơng hay asfal
khơ)..........................................................................................................................59
CHƯƠNG V PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRỢ LỰC
LÁI ĐIỆN TỬ.............................................................................................................62
5.1 Khái niệm chung về hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử ................................62
5.2 Phân loại các hệ thống trợ lực lái..........................................................................62
5.3 Các bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử .....................................64
5.3.1 Van xoay phân phối.......................................................................................64
5.3.2 Bơm thủy lực..................................................................................................65
5.3.3 Hệ thống cảm biến lái trợ lực điện tử............................................................70
5.3.3.1 Bộ cảm biến lái...........................................................................................70
5.3.3.2 Cảm biến tốc độ xe (vehicle speed sensor)................................................73
5.3.3.4 Cảm biến tốc độ góc bánh lái (steering wheel rotation sensor).................74
5.3.4 Hộp số lái.......................................................................................................74
5.4 Hoạt động của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS.................................................78
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

11

Đồ Án Tốt Nghiệp
mới

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời

5.5 Những ưu diển của hệ thống trợ lực lái điện tử EHPS.........................................80
5.6 Hệ thống lái trợ lực điện(EPS)..............................................................................86
5.6.1 Giới thiệu về hệ thống lái trợ lực điện(EPS).................................................86
5.6.2 Các dạng bố trí trợ lực lái..............................................................................89
5.6.2.1 Bộ trợ lực lái trên thanh răng (Campry, Lexus).........................................89
5.6.2.2 Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái....................................................................95
5.7 Xu hướng phát triển các hệ thống lái hiện đại......................................................97
CHƯƠNG VI THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI.......102
6.1 Giới thiệu và trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái EPS.........102
6.2 Xây dựng và giải thích lưu đồ thuật toán...........................................................103
6.3 Xây dựng phần cứng tương ứng.........................................................................105
CHƯƠNG VII. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................106
7.1 KẾT LUẬN.........................................................................................................106
7.2 KIẾN NGHỊ........................................................................................................107
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................109

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

12

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây. Nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ
mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc
biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô.
chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, di cùng với nó là sự
tiện nghi và an tồn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và
an toan khi điều khiển.
Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an tồn của
một chiếc xe. Chính vì vậy, nhóm chúng em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc
hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ
lực trên các dòng xe du lịch toyota đời mới.
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực trên xe toyota đời mới.
Chỉ ra được sự tiện lợi và an toàn hơn các hệ thống trợ lực đời cũ.
Nghiên cứu đặc tính quay vịng và điều kiện an tồn khi xe đi vào đường vịng.
Xây dựng được thuật tốn điều khiển trợ lực lái.
1.3 Giới hạn đề tài
Hệ thống lái trợ lực trên ôtô toyota đời mới thì đây là một đề tài khó trong việc
nghiên cứu. Vấn đề giải quyết các bài tốn chuyển động quay vịng ổn định là q phức
tạp. Với mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra ở trên nên đề tài khơng đi sâu vào tính tốn.
Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ nghiên cứu ở phạm vi các hệ thống trợ lực lái
điều khiển điện tử trên các dòng xe du lịch Toyota đời mới. Sự điều khiển điện tử hệ
thống trợ lực lái chỉ đưa ra tính năng và nguyên lý của một vài hệ thống.

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

13

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở lý thuyết tính tốn về hệ thống lái và các vấn đề động lực học, an toàn
chuyển động trên ôtô. Đã chỉ ra được sự tiện lợi hơn của hệ thống trợ lực điện. Từ đó
điều khiển các thông số đầu vào tối ưu cho hệ thống trợ lực lái điện tử. Quá trình hoạt
động của hệ thống trợ lực lái điện tử được so sánh và đánh giá với hệ thống cơ khí
thơng thường. Qua đó nhằm chứng minh tính vượt trội của hệ thống trợ lực lái điều
khiển bằng điện tử. Tìm hiểu một vài nguyên lý và cấu tạo của hệ thống trợ lực điều
khiển bằng điện tử trên ôtô hiện đại đang được sử dụng. Xây dựng một lưu đồ thuật
toán điều khiển hệ thống trợ lực lái với các thông số đầu vào cơ bản.
1.6 Bố cục của đồ án
Luận văn được chia làm 7 chương
Chương I

Mở đầu

Chương II

Động lực học quay vòng ôtô

Chương III

Phân tích các thông số trong hệ thống lái

Chương IV

Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động hệ thống trợ lực lái

Chương V

Phân tích hệ thống trợ lực lái điện tử

Chương VI

Thuật toán điều khiển hệ thống trợ lực lái

Chương VII

Kết luận và kiến nghị

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

14

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

CHƯƠNG II ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VỊNG Ơ TƠ.
2.1 q trình quay vịng ơ tơ
Trong q trình chuyển động của ơ tơ, ơ tơ ln thực hiện các động tác thay đổi
hướng chuyển động. quá trình chuyển hướng đó là q trình quay vịng của ơ tơ. Q
trình quay vịng có thể chia làm 3 giai
đoạn như sau.
Đi vào đường vòng.
Quay vòng.
Đi ra khỏi đường vòng.
Ta xét tại một thời điểm tức thời khi
xe đang quay vịng, khi đó xe có bán kính
quay vịng tức thời R.
Trong hình bên: có

Hình 2.1 Q trình quay vịng ơ tơ

là góc quay trung bình
là góc quay của bánh xe chuyển hướng bên ngồi
là góc quay của bánh xe chuyển hướng bên trong
Xét tam giác vng OAB ta có

Do đó R =

L
tgθ

Các góc quay của các bánh xe chuyển hướng trong , ngoài được xác định như sau:

cot gθ n =

R+

m
2

L

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

Do đó

θ n = ar cot g

R+

m
2

L

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

15

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

cot gθ t =

cot gθ =

R−

m
2

Do đó

L

R+

m
2

θ t = ar cot gθ

Do đó

L

θ = ar cot g

R−

m
2

L
R+

m
2

L

Liên hệ giữa các góc quay.

θ −θn
θ,
Theo hình vẽ ta có θ = θt − θ n mà θ n ≈ θ −
=θ − t
2
2
,

=> 2θ n = 2θ − (θ t − θ n ) => θ =

θt + θn
2

Bán kính quay tức thời của trọng tâm ơ

tơ

ρ=

R
cos α

2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn
hướng khi quay vịng
Trong q trình chuyển động của ơ tơ,
bánh dẫn hướng chịu tác dụng của các lực:
Tải trọng thẳng đứng G1
Lực cản lăn Pf = G1 .f
Lực đẩy P = -Pf
Khi xe quay vòng, lực đẩy của xe lúc
này là P’.
P’f = P’.cos

lực đẩy

Y = P’.sin . Y là lực ngang.
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

Hình 2.2 Các lực tác dụng
SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

16

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

Để đảm bảo xe chạy được an tồn thì phải có

P’.cos

G1 .f’ => P , ≥

G1 . f
,
cosθ

P’.sin .

G1 .

=> P , ≤

,
G1 .ϕ n
sin θ

,
G1.ϕ n
G1 . f
,
Hay
≤P ≤
cos θ
sin θ
,
,
,
ϕn

sin θ ϕ n
G1.ϕ n
G1 . f
,
≤
=> tgθ ≤
=>
. =>
≤P ≤
cosθ
f
f
cos θ
sin θ

Coi

Ta có

, f

artg

.

.

, f: hệ số

cản lăn và hệ số bám ngang

Để xe chuyển hướng được ổn định
thì góc chuyển hướng

lớn hay bé phụ

thuộc vào chất lượng của mặt đường,
biểu thị qua hệ số bám ngang

của

bánh xe dẫn hướng với mặt đường cũng như hệ số cản lăn f của bánh xe với mặt đường.
hình 2.3 Đồ thị khảo nghiệm
Khảo sát thực tế, ta thu được mối quan hệ giữa

o

, n, f , biểu thị như ở đồ thị bên.

Qua đồ thị bên ta thấy, nếu góc dẫn hướng trong thực tế lớn hơn so với tính tốn
thì bánh xe dẫn hướng chỉ bị trượt ngang chứ không lăn theo hướng chuyển động khi
quay vịng.
2.3 Các lực tác dụng lên ơ tơ khi ơ tơ quay vịng

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

17

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

Khi ô tô chuyển động trên đường cong có bán kính qua trọng tâm xe là

sẽ tạo ra

lực ly tâm Plt . và lực ly tâm này sẽ có thành phần Py vng góc với khung xe và gây
mất ổn định cho xe khi quay vòng.
Jy : gia tốc hướng tâm
Jv gia tốc pháp tuyến.
Khi đó ta có cơng thức.
Plt =

Py = Plt . cos

Plt => Py =

( : góc quay xe)
Jy = jv .cos + jt .sin
=>

Jv = .

Jt =

2

=

=

Hình 2.4 Các lực tác dụng khi ơ tơ quay vịng

Sin

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

18

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

cos

jy =

Py =

.

+

.

=

Qua biểu thức trên ta thấy rằng khi đi vào đường vòng, để giảm Py thì ta phải giảm
tốc độ V.
2.4 xét sự quay vịng của xe khi tính đến sự biến dạng của lốp

hình 2.5 Sự quay vịng của xe có lốp đàn hồi
Khi xe chuyển động quay vòng, thành phần lực ngang Py và do sự đàn hồi của lốp,
thì sự quay vịng sẽ làm lốp bị biến dạng.
: là góc biến dạng bánh xe cầu trước
: là góc biến dạng bánh xe cầu sau

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

19

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ơ tơ Toyota đời mới

Ot: tâm quay vịng tức thời khi có biến dạng.
Rd: bán kính quay vịng tức thời
L = BC + AC = OTC.tg

Rd =

+ OTC.tg

, vì

= Rd.tg

bé nêntg

+ Rd.tg

,tg

Vậy Rd =

2.5 Các trường hợp quay vòng
2.5.1 Trường hợp quay vịng trung tính.

=

=> R = R0

. Đây là trường hợp tâm quay vòng khác nhau mà bán kính quay vịng bằng nhau.
Ở trường hợp này, để giữ cho xe chuyển động thẳng khi có lực ngang tác dụng thì người
lái cần quay vơ lăng sao cho xe lệch khỏi trục đường một góc
đang chuyển động thẳng θ = 0 . Nếu xuất hiện
theo phương dọc một góc

=

=

=

Khi ô tô

thì ô tô sẽ chuyển động xiên

và như vậy người lái có thể dùng vơ lăng để điều chỉnh quỹ

đạo chuyển động.

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

20

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ơ tơ Toyota đời mới

Hình 2.6 Trường hợp quay vịng trung tính
2.5.2 Trường hợp quay vịng thiếu
Trường hợp δ1 > δ2 Tức là góc lệch hướng của cầu trước lớn hơn cầu sau, khi đó
R > R0 nên ơ tơ có tính chất quay vịng thiếu. Người lái phải đánh thêm vơ lăng để duy
trì quỹ đạo chuyển động với bán kính R0 . Phản ứng của người lái trong trường lợp này
là thuận. Khi ô tô chuyển động thẳng mà xuất hiện δ1 > δ2 thì ơ tơ quay vòng quanh
tâm O. Lực ly tâm Plt xuất hiện ngược chiều lực ngang Y. Vì vậy, chúng triệt tiêu nhau
làm cho ô tô ổn định hướng chuyển động thẳng. Như vậy, quay vịng thiếu là tốt. Hầu
hết xe ơ tơ đời mới có cầu trước chủ động. Khi đó, các bánh xe ở cầu trước sẽ bị trượt

dọc nhiều nên khả năng bám ngang giảm. Nên có xu hướng quay vịng thiếu, có khả
năng ổn định chuyển động tốt hơn.

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

21

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ơ tơ Toyota đời mới

Hình 2.7 Trường hợp quay vịng thiếu
2.5.3 Trường hợp quay vịng thừa

Hình 2.8 Trường hợp quay vịng thừa
Trường hợp δ1 < δ2 => thì R < R0 nên xe có tính năng quay vịng thừa.Trường
hợp này xe bị mất khả năng chuyển động thẳng ổn định vì chiều của lực ly tâm P lt xuất
hiện trùng với chiều của lực ngang Y. Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc xe càng cao.
Để tránh khả năng lật đổ xe trong trường hợp này, người lái phải nhanh chóng đánh tay
lái theo hướng ngược lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng. Phản ứng
của người lái trong trường hợp này là nghịch. Hơn nữa, khi ô tô chuyển động thẳng mà
xuất hiện góc lệch hướng δ1 thì q trình trên càng thêm tiến triển. Như vậy, quay vòng
thừa là cần tránh trong thiết kế và vận hành ô tô.
2.6 Ổn định khi quay vịng
Ta chỉ đề cập tới tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng. Tính ổn
định dẫn hướng được hiểu là khả năng của chúng giữ được vị trí ban đầu ứng với khi xe
chuyển động thẳng và tự quay trở về vị trí này sau khi bị lệch.

Nhờ tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng và tải trọng
tác dụng lên hệ thống lái được giảm đáng kể.
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

22

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ơ tơ Toyota đời mới

Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thành
phần phản lực thẳng đứng, lực bên và lực tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyển
động.
Ba nhân tố sau đây đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng:
+ Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay.
+ Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay.
+ Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang.
Khi trục đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụng
lên trục trước của xe sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định cho các bánh dẫn hướng.
Thông thường xem mặt đường là tuyệt đối cứng, khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch
khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của xe sẽ được nâng lên. Hình bên cho
thấy trục quay đứng đặt nghiêng ngang một góc θ . Nếu xem như bánh xe khơng có góc
dỗn ta có thể phân phản lực thẳng đứng Z b làm hai thành phần: Zbcosβ và Zbsinβ như
hình.

Hình 2.9 Góc nghiêng của trục quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe.
Moment ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng đứng của đất tác dụng

lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng là M Zβ = Zblsinβsinα. Trong đó l là khỏang
cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới đường tâm trụ đứng.
Moment ổn định MZβ tăng lên cùng với sự tăng của góc quay vịng α của bánh xe
dẫn hướng, MZβ nhỏ và ảnh hưởng của nó tới tính ổn định khơng lớn. Moment này có ý
GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

23

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

nghĩa chủ yếu là làm cho bánh xe dẫn hướng tự động quay về vị trí trung gian sau khi
thực hiện quay vịng.
Khi quay vịng bánh xe dẫn hướng, moment MZβ sẽ chống lại sự quay vịng, vì vậy
cần phải tăng thêm lực tác dụng lên vành tay lái. Mặt khác, nhờ độ nghiêng ngang của
trụ đứng mà moment do phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe sẽ giãm
xuống.
Ngoài ra, trụ đứng cịn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển động
tiến của xe. Dưới tác dụng của lực ly tâm khi xe vào đường vịng, lực gió ngang hoặc
lực nghiêng ngang của thùng xe khi xe chạy trên mặt đường nghiêng, ở khu vực tiếp
xúc của các bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Y b. Khi trụ quay đứng
được đặt nghiêng về phía sau một góc γ so với chiều tiến của xe thì phản lực ngang Y b
của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc O một moment ổn định MYγ = Yb.C . Moment này có
xu hướng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệch khỏi vị trí
này. Khi quay vịng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục moment này, vì vậy góc
nghiêng γ thường khơng lớn. Moment MYγ khơng phụ thuộc vào góc quay vịng của các

bánh xe dẫn hướng.

Hình 2.10 Góc quay của trụ quay đứng quay trong mặt phẳng dọc của xe

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

24

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ơ tơ Toyota đời mới

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH CÁC THƠNG SỐ TRONG HỆ THỐNG LÁI
Các thơng số cơ bản của hệ thống lái
3.1 Tỷ số truyền của hệ thống lái ôtô
Hệ thông lái là một loại cơ cấu truyền chuyển động từ vành tay lái đến
đòn chuyển hướng tại bánh xe dẫn hướng. Trong phạm vi hệ thống lái có thể phân
biệt các tỷ số truyền sau .

Hình 3.1 Hộp số lái khiểu trục vít – con lăn có tỷ số truyền thay đổi
+ Tỷ số truyền của hộp số lái ( IL1 ) : Là tỷ số truyền của góc quay của vành tay lái
chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng.
+Tỷ số truyền của hộp số lái có thể có trị số cố định hoặc có thể tăng hoặc
giảm khi vành tay lái được quay khỏi vị trí trung gian.
đối với xe du lịch sẽ có lợi hơn nếu sử dụng hộp số lái với tỷ số truyền thay đổi . Điều
này làm tăng tính an tồn khi ơtơ chạy nhanh , vì khi vành tay lái dược quay một góc nhỏ
thì các bánh xe dẫn hướng xoay ít hơn . Ngồi ra với tỷ số truyền của hộp số lái cao

thì sự rung động của các bánh xe dn hướng ở tốc độ cao sẽ ảnh hưởng ít hơn đến người
lái .

1- Trục vít, 2- Con lăn, 3-Đòn chuyển hướng của dẫn động lái

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

25

Đồ Án Tốt Nghiệp

Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên ô tô Toyota đời mới

+ Tỷ số truyền của dẫn động lái ( IL2 )
Trong quá trình các bánh dẫn hướng xoay thì độ dài cánh tay địn của các thanh
và đòn thuộc dẫn động lái sẽ thay đổi .Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào sơ
đồ động học của nó, nhưng thường thay đổi khơng nhiều lắm trong các kiểu dẫn động lái
hiện nay.
+ Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái (IL3 )
Là tỷ số truyền của góc quay vành tay lái chia cho góc quay của bánh dẫn hướng
3.2 Điều kiện khơng trượt khi quay vịng
Q trình quay vịng của xe được chia thành ba giai đoạn :

Hình 3.2 Các giai đoạn của q trình quay vịng

GVHD: Th.s Trần Anh Sơn .

SVTH: Lê Ngọc Chung - Phạm Tiến Hùng

26

Đề tài nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên toyota đời mới

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về