Nguyên cứu hệ thống lái 4WS đã chuyển đổi (1)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.49 MB, 81 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS
GVHD: Ths Nguyễn Văn Toàn
SVTH: Trần Hồng Phúc
Phù Diệu Kỳ
TP Hồ Chí Minh, 7 / 2019.
15145124
15145088
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: Công nghệ Kỹ Thuật ô tô
Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Phúc
Phù Diệu kỳ
MSSV: 15145124
MSSV: 15145088
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
Lớp: 15145CL4
Giảng viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Toàn
ĐT: 0909988469
Ngày nhận đề tài:
Ngày nộp đề tài:
1. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Đặng Quý (Giáo trình lý thuyết ô tô).
- Automotive steering, Suspension, and Wheel Alignment Package (3rd
Edition).
3. Nội dung thực hiện đề tài:
- Mở đầu và giới thiệu vấn đề.
- Tổng quan cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 4ws.
- Cấu tạo hệ thống trên từng hãng xe.
- Động lực học của hệ thống lái 4ws.
- So sánh bán kính quay vòng của xe 4ws và 2ws.
- Mô phỏng carsim hoạt động của hệ thống 4ws so với 2ws.
- Kết luận và đề nghị.
4. Sản phẩm:
- Tập thuyết minh.
TRƯỞNG NGÀNH
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Trần Hồng Phúc
MSSV: 15145124
Phù Diệu Kỳ
MSSV: 15145088
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Toàn
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
...................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
........................................................................... .......................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.............................................................................................. ....................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
....................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
....................................................................................................................................
6. Điểm: ………………. (Bằng chữ: .............................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 07 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: Công nghệ Kỹ Thuật ô tô
Họ và tên sinh viên: Trần Hồng Phúc
Phù Diệu kỳ
MSSV: 15145124
MSSV: 15145088
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
Lớp: 15145CL4
Giảng viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Toàn
ĐT: 0909988469
Ngày nhận đề tài:
Ngày nộp đề tài:
5. Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS
6. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Đặng Quý (Giáo trình lý thuyết ô tô).
- Automotive steering, Suspension, and Wheel Alignment Package (3rd
Edition).
7. Nội dung thực hiện đề tài:
- Mở đầu và giới thiệu vấn đề.
- Tổng quan cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 4ws.
- Cấu tạo hệ thống trên từng hãng xe.
- Động lực học của hệ thống lái 4ws.
- So sánh bán kính quay vòng của xe 4ws và 2ws.
- Mô phỏng carsim hoạt động của hệ thống 4ws so với 2ws.
- Kết luận và đề nghị.
8. Sản phẩm:
- Tập thuyết minh.
TRƯỞNG NGÀNH
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Trần Hồng Phúc
MSSV: 15145124
Phù Diệu Kỳ
MSSV: 15145088
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Ths. Nguyễn Văn Toàn
NHẬN XÉT
7. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
...................................................................................
8. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
........................................................................... .......................................................................
9. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.............................................................................................. ....................................................
10. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
....................................................................................................................................
11. Đánh giá loại:
....................................................................................................................................
12. Điểm: ………………. (Bằng chữ: .............................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 07 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Trần Hồng Phúc
MSSV: 15145124
Phù Diệu Kỳ
MSSV: 15145088
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI 4WS
Họ và tên Giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
...................................................................................
13. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
...................................................................................
14. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................................
.....................................................................................................................
......................................................................................................................................
15. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
....................................................................................................................................
16. Đánh giá loại:
....................................................................................................................................
17. Điểm:……………….(Bằng chữ: ..............................................................................)
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng 07 năm 2019
Giáo viên phản biện
LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Khoa Cơ khí động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật Thành phố Hồ Chí Minh, cùng với sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn Ths.
Nguyễn Văn Toàn, nhóm chúng em đã thực hiện đồ án với đề tài “NGHIÊN CỨU HỆ
THỐNG LÁI 4WS”.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo đã tận tình hướng dẫn,
giảng dạy chúng em trong suốt quá trình học tập, thực hành, nghiên cứu và rèn luyện ở
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt nhóm em xin
chân thành cảm ơn đến Nguyễn Văn Toàn đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt
bốn tháng để hoàn thiện được đề tài này.
Trong quá trình làm đề tài, do hạn chế trong kinh nghiệm và trình độ chuyên
môn, thời gian thực hiện có hạn nên sai sót là không thể tránh khỏi nên nhóm rất mong
sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của Thầy Cô và các bạn.
Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khoẻ, giữ
vững niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh truyền đạt tri thức cho các thế hệ mai sau.
Trân trọng!
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện
Trần Hồng Phúc
Phù Diệu Kỳ
TÓM TẮT
Hiện nay, theo khảo sát của các cơ quan chức năng giao thông vận tải, phần lớn các vụ
tai nạn xảy ra trên xe ô tô là do hệ thống lái. Trong đó, nguyên nhân chủ yếu là hiện
tượng thừa lái (oversteering) và thiếu lái (understeering). Và để giảm hiện tương trên
người ta đã thiết kế trên ô tô những công nghệ hỗ trợ thông minh như : ESP, ABS,..
nhưng đồng thời sẽ làm giảm tốc độ xe vì thế để đáp ứng cả 2 nhu , cầu về an toàn và
tốc độ nhà sản xuất đã nghiên cứu và phát triển hệ thống lái bốn bánh – 4WS (Four
wheels steering ) cho các hãng xe, đặc biệt là trên các dòng xe thể thao. Hệ thống sẽ hỗ
trợ lái đồng thời cả 4 bánh xe thay vì 2 bánh như thông thường. Để có cái nhìn chi tiết
hơn về hệ thống nay chúng ta sẽ cùng tìm hiểu và nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu hệ
thống lái 4ws”.
ABSTRACT
Currently, according to the servey of transport authorities, most accidents occur on
cars due to the steering system. In paticular, the main reason is oversteerung and under
steering. And to reduce this phenomenon, it has been designed on cars with intelligent
assistive technologies such as ESP, ABS,… but at the same time it will reduce the
speed of the vehicle so as to meet both needs and needs. The speed and the speed of
manufacture has researched
and
developed
the
Four
WheelsSteering
System_4WS for the automaker, esspecially on sport cars. The system will support
driving simultaneously 4 wheels instead of 2 wheels as usual. For a more detailed look
at this system, we will explore and study the toppic: “Study The Four Wheels
Steering System”.
I
MỤC LỤC
I
MỤC LỤC .................................................................................................................................................I
II
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. ...................................................................................................... II
III
DANH MỤC CÁC HÌNH. ................................................................................................................... III
IV
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................................................... IV
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN. ................................................................................................................................. 1
1.1
ĐẶT VẤN ĐỀ. ......................................................................................................................................... 1
1.2
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI. ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG II. LÝ THUYẾT CHUNG HỆ THỐNG LÁI. .................................................................................. 1
2.1
CÔNG DỤNG PHÂN LOẠI CÀ YÊU CẦU. ........................................................................................ 1
2.1.1
CÔNG DỤNG HỆ THỐNG LÁI. ........................................................................................................... 1
2.1.2
PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI. ............................................................................................................. 2
2.1.3
YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI. ........................................................................................................ 3
CHƯƠNG III. HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS. ......................................................................................... 4
3.1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG. ............................................................................................................ 4
3.1.1
LỊCH SỬ HÌNH THÀNH. ...................................................................................................................... 4
3.1.2
CẤU TẠO CHUNG. ................................................................................................................................ 5
3.1.3
BỘ TRUYỀN ĐỘNG PHÍA SAU. ......................................................................................................... 6
3.1.4
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. ................................................................................................................ 7
3.1.5
ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. ........................................................................................... 8
3.1.6
CẢM BIẾN VỊ TRÍ TAY LÁI. ............................................................................................................... 9
3.1.7
CẢM BIẾN VỊ TRÍ BÁNH SAU. ......................................................................................................... 11
3.1.8
CƠ CẤU LÁI PHÍA SAU. .................................................................................................................... 13
CHƯƠNG IV. ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS. ....................................................... 15
4.1
MỘT SỐ THÔNG SỐ XE. ................................................................................................................... 15
4.1.1
XÁC ĐỊNH MOMENT QUAY VÒNG VÀ LỰC LÁI LỚN NHẤT. ................................................ 15
4.1.2
XÁC ĐỊNH LỰC CẦN THIẾT TÁC DỤNG LÊN VÔ LĂNG. ........................................................ 19
4.2
ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG HỆ THỐNG LÁI 4WS. ............................................................... 20
4.2.1
HAI BÁNH QUAY CÙNG CHIỀU. .................................................................................................... 20
4.2.2
HAI BÁNH QUAY NGƯỢC CHIỀU. ................................................................................................. 23
4.2.3
SO SÁNH BÁN KÍNH QUAY VÒNG CỦA HỆ THỐNG LÁI 2WS VÀ HỆ THỐNG LÁI 4WS. 25
4.3
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC MÔ HÌNH HAI BÁNH 2WS. ................................................................. 27
4.3.1
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG LÁI 4WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG. .......................................... 27
4.3.2
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 4WS KHÔNG CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG. ................................. 29
4.3.3
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC MÔ HÌNH HAI BÁNH 2WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG. ......... 29
4.3.4
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 2WS BỎ QUA GÓC ĐỊNH HƯỚNG. ................................................... 30
4.4
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC MÔ HÌNH 4 BÁNH................................................................................. 30
4.4.1
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 4WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG................................................... 30
4.4.2
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 4WS BỎ QUA GÓC ĐỊNH HƯỚNG. ................................................... 32
4.4.3
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 2WS CÓ TÍNH GÓC ĐỊNH HƯỚNG................................................... 32
4.4.4
PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC 2WS BỎ QUA GÓC ĐỊNH HƯỚNG. ................................................... 32
4.5
KẾT LUẬN VỀ ĐỘNG HỌC 4WS...................................................................................................... 33
CHƯƠNG V. HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH CỦA CÁC HÃNG. .................................................................. 33
5.1.
HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS CỦA HONDA. .......................................................................... 33
5.1.1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG. ................................................................................................................. 33
5.1.2
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. .............................................................................................................. 34
5.2.
CẤU TẠO CHI TIẾT............................................................................................................................ 35
5.2.1
CƠ CẤU PHÍA TRƯỚC. ...................................................................................................................... 35
5.2.2
BÁNH RĂNG DẨN ĐỘNG VÀ CÁC BỘ PHẬN LIÊN QUAN ....................................................... 35
5.2.3
TRỤC TRUNG TÂM. ........................................................................................................................... 37
5.2.4
CƠ CẤU LÁI PHÍA SAU. .................................................................................................................... 37
5.2.5
CƠ CẤU HOẠT ĐỘNG CỦA THANH DẨN ĐỘNG. ....................................................................... 40
5.2.6
LIÊN KẾT TREO SAU. ....................................................................................................................... 41
5.3.
HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH CỦA MAZDA.................................................................................... 41
5.3.1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG. ................................................................................................................. 41
5.3.2
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. .............................................................................................................. 42
5.3.3
CƠ CẤU LÁI PHÍA TRƯỚC............................................................................................................... 43
5.3.4
CƠ CẤU LÁI PHÍA SAU. .................................................................................................................... 44
5.3.5
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHA. ........................................................................................................ 45
5.3.6
TRỤC CHUYỂN GỐC LÁI ( TRỤC CÁC ĐĂNG). .......................................................................... 46
5.3.7
VAN ĐIỀU KHIỂN. .............................................................................................................................. 47
5.3.8
BƠM DẦU ( BƠM CÁNH GẠT). ........................................................................................................ 48
5.3.9
ECU VÀ CẢM BIẾN. ........................................................................................................................... 49
5.3.10
CẢM BIẾN TỈ SỐ TRUYỀN. .............................................................................................................. 50
5.3.11
MOTOR BƯỚC..................................................................................................................................... 52
5.4.
HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH CỦA NISSAN. ................................................................................... 53
5.4.1.
CẤU TẠO HỆ THỐNG. ....................................................................................................................... 53
5.4.2.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG. .............................................................................................................. 54
5.4.3.
TAY LÁI PHÍA TRƯỚC. ..................................................................................................................... 55
5.4.4.
BƠM SỬA ĐỔI...................................................................................................................................... 56
5.4.5.
VAN ĐIỀU KHIỂN HICAS. ................................................................................................................ 57
5.4.6.
XILANH ĐIỆN PHÍA SAU. ................................................................................................................. 58
5.4.7.
LIÊN KẾT TAY LÁI PHÍA SAU. ....................................................................................................... 59
5.4.8.
HỆ THỐNG AN TOÀN DỰ PHÒNG. ................................................................................................ 60
5.4.9.
TÓM TẮT. ............................................................................................................................................. 61
5.5.
SỬ DỤNG CARSIM MÔ TẢ TRỰC QUAN GIỮA HỆ THỐNG LÁI 4WS VÀ 2WS. .................. 62
II
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.
- 4WS : Hệ thống lái 4 bánh.
- SWPS: Cảm biến tốc độ / vị trí tay lái.
- BCM: Mô-đun điều khiển.
- CV: Các khớp đồng tốc.
- 2WS: Hệ thống lái hai bánh.
III DANH MỤC CÁC HÌNH.
Hình 3.1.2 Sơ đồ bộ điều khiển hệ thống 4WS điều khiển điện tử.
Hình 3.1.3 Thiết bị truyền động lái phía sau.
Hình 3.1.4 Hộp điều khiển 4WS phân tích thông tin cảm biến đầu vào, tính toán góc
lái phía sau cần thiết và vận hành động cơ cơ cấu lái sau để cung cấp góc lái phía sau
thích hợp.
Hình 3.1.5 Góc lái phía sau liên quan đến tốc độ xe và vòng quay vô lăng.
Hình 3.1.6 Tốc độ tay lái/Cảm biến vị trí (SWPS).
Hình 3.1.7 Đầu vào SWPS đến mô-đun điều khiển
Hình 3.1.7 Cảm biến vị trí bánh sau
Hình 3.1.8 Cảm biến đầu vào vị trí bánh sau đến mô-đun điều khiển tay lái phía sau.
Hình 3.1.9a khớp cầu và cam lái.
Hình 3.1.9b Cơ cấu lái phía sau.
Hình 3.1.9c Cơ cấu lái 4WS và động cơ.
Hình 4.1.1a Sơ đồ tính toán mô men cản quay
vòng do tác dụng của lực cản lăn
Hình 4.1.1b Sơ đồ xác định mô men cản quay vòng gây ra do lực ngang
Hình 4.1.1c Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn khi có và không có lực ngang tác dụng
Hình 4.2.1a Mô phỏng xe quay vòng 2 bánh quay cùng chiều
Hình 4.2.1b Mô hình thông số khi xe quay vòng hai bánh quay cùng chiều
Hình 4.2.2a Mô phỏng xe quay vòng 2 bánh quay ngược chiều
Hình 4.2.2b Mô hình thông số khi xe quay vòng hai bánh quay ngược chiều
Hình 4.2.3a Mô hình quay vòng hệ thống lái 2WS và 4WS (bánh sau quay ngược chiều
bánh trước)
Hình 4.2.3b Mô hình quay vòng hệ thống lái 2WS và 4WS (bánh sau quay cùng chiều
bánh trước)
Hình 4.3.1 Mô hình động học với hai bánh trước sau.
Hình 4.4.1 Mô hình động học với 4 bánh.
Hình 5.1.1 Kết cấu cơ học của hệ thống 4WS của Honda
Hình 5.1.2 Biểu đồ đường đặc tuyến.
Hình 5.2.1 Cơ cấu lái phía trước
Hình 5.2.2a Bộ phận trục bánh răng dẫn động, khớp nối chữ U trục trung tâm.
Hình 5.2.2b Cấu tạo ngoài Bộ phận giữ bánh răng dẫn động.
Hình 5.2.4a Cấu tạo cơ cấu lái phía sau.
Hình 5.2.4b Cơ cấu dẫn động và bánh răng hành tinh.
Hình 5.2.5 Nguyên lý hoạt động của thanh dẫn động.
Hình 5.2.6 Cấu tạo liên kết hệ thống treo sau.
Hình 5.3.1 Tổng quan hệ thống 4WS của Mazda.
Hình 5.3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 4WS Mazda.
Hình 5.3.3 Cơ cấu lái phía trước.
Hình 5.3.4 Cơ cấu lái phía sau.
Hình 5.3.5 Hệ thống điều khiển pha.
Hình 5.3.6 Cơ cấu trục chuyển góc lái.
Hình 5.3.7 Cấu tạo van điều khiển.
Hình 5.3.8 Cơ cấu bơm dầu (Bơm cánh gạt).
Hình 5.3.9 Cụm đồng hồ và cảm biến tốc độ.
Hình 5.3.10 Cấu tạo cảm biến tỷ số truyền.
Hình 5.3.11a Cấu tạo cơ bản động cơ bước
Hình 5.3.11b Mặt cắt Y-Y động cơ bước
Hình 5.3.11c Các kích thích pha.
Hình 5.4.1 Cấu tạo của hệ thống 4ws trên xe Nissan
Hình 5.4.2 hoạt động của hệ thống
Hình 5.4.3 Tay lái phía trước.
Hình 5.4.4 Bơm sửa đỏi trên xe Nissan
Hình 5.4.5 Van điều khiển HICAS
Hình 5.4.6 Xilanh điện phía sau.
Hình 5.4.7 Liên kết tay lái phía sau
Hình 5.4.8 Van điề khiển HICAS dự phòng.
Hình 5.5a Mô hình hai hệ thống lái 4ws và 2ws chạy trên dường cua trường hợp tốc
độ thấp
Hình 5.5b Mô hình hai hệ thống lái 4ws và 2ws chạy trên dường cua trường hợp tốc
độ cao.
IV DANH MỤC CÁC BẢNG
- Bảng 4.1 thông số cơ bản của xe.
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN.
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.
- Hiện nay, theo khảo sát của các cơ quan chức năng giao thông vận tải, phần
lớn các vụ tai nạn xảy ra trên xe ô tô là do hệ thống lái.Trong đó, nguyên nhân chủ yếu
là hiện tượng thừa lái (oversteering) và thiếu lái (understeering). Và để giảm hiện
tương trên người ta đã thiết kế trên ô tô những công nghệ hỗ trợ thông minh như :
ESP, ABS,.. nhưng đồng thời sẽ làm giảm tốc độ xe vì thế để đáp ứng cả 2 nhu , cầu
về an toàn và tốc độ nhà sản xuất đã nghiên cứu và phát triển hệ thống lái bốn bánh –
4WS (Four wheels steering ) cho các hãng xe, đặc biệt là trên các dòng xe thể thao. Hệ
thống sẽ hỗ trợ lái đồng thời cả 4 bánh xe thay vì 2 bánh như thông thường.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.
- Việc nghiên cứu hệ thống lái 4WS nhằm mục đích tìm hiểu cách thức, nguyên lý
hoạt động của hệ thống. Từ đó đưa ra những nhận xét về ưu nhược điểm của hệ thống
của như đánh giá các mặt lợi thế cũng như hạn chế của hệ thống lái bốn bánh 4WS so
với hệ thống lái thông thường 2WS.
CHƯƠNG II. LÝ THUYẾT CHUNG HỆ THỐNG LÁI.
2.1 CÔNG DỤNG PHÂN LOẠI CÀ YÊU CẦU.
2.1.1 CÔNG DỤNG HỆ THỐNG LÁI.
- Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động
theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo
yêu cầu cơ động của xe.
- Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:
- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác
dụng lên vô lăng đến dẫn động lái.
- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn
hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng.
- Trợ lực lái: Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng
lượng bên ngoài.
1
2.1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI.
- Theo phương pháp quay vòng của ô tô.
+ Thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng.
+ Đổi hướng mô men kéo ở các bánh xe chủ động.
+ Phương pháp quay vòng các phần khac nhau của ô tô.
+ Kết hợp thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng và đổi
hướng mô men kéo ở các bánh xe chủ động.
- Theo số lượng bánh xe dẫn hướng.
+ Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía trước.
+ Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía sau.
+ Hệ thống lái 4 bánh.
- Theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái.
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng.
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn.
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng.
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay.
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít cung răng.
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít bánh vít.
+ Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận.
- Theo kiểu dẫn động lái.
2
+ Cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu với hệ thống treo phụ thuộc (dầm cầu liền).
+ Cơ cấu dẫn động lái kiểu đòn ngang liên kết trên hệ thống treo độc lập.
+ Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng đòn quay.
+ Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng bánh răng thanh
răng.
- Theo vị trí bố trí vành tay lái.
+ Hệ thống lái với vành tay lái ở bên trái của ô tô.
+ Hệ thống lái với vành tay lái ở bên phải của ô tô.
- Theo nguyên tắc hoạt động của bộ trợ lực.
+ Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực.
+ Hệ thống lái trợ lực điện thuỷ lực.
+ Hệ thống lái trợ lực cơ khí.
+ Hệ thống lái trợ lực khí nén.
+ Hệ thống lái trợ lực điện.
2.1.3 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI.
Trong quá trình ô tô chuyển động trên đường hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn
đến sự an toàn chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó nó phải đảm bảo các yêu cầu
sau.
- Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng, nhanh chóng. Các cơ cấu điều
khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảo không
gây lên các dao động và va đập trong hệ thống lái.
- Truyền tối thiểu các va đập nghịch đảo lên vành tay lái.
3
- 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 về trạng thái chuyển động thẳng thì chỉ
cần đặt lực lên vành lái nhỏ hơn khi ô tô đi vào đường vòng.
- Hệ thống lái không được có độ dơ lớn: Ví dụ. Với ô tô có vận tốc lớn nhất lớn
hơn 100Km/h độ dơ vành lái cho phép không vượt quá 18o, với ô tô có vận tốc lớn
nhất nằm trong khoảng (25 ÷ 100) Km/h độ dơ vành lái cho phép không vượt quá 27o.
- Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10Km/h,
lực đặt lên vành lái tối đa không vượt quá 250N.
- Ngoài các yêu cầu trên còn có các yêu cầu cụ thể đối với hệ thống lái như sau.
+ Với các hệ thống lái có trợ lực thì khi hệ thống trợ lực có sự cố hư hỏng vẫn
có thể điểu khiển được ô tô.
+ Đảm bảo khả năng an toàn bị động của ô tô, không gây nên tổn thương cho
người sử dụng khi bị đâm chính diện.
+ Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dưỡng.
CHƯƠNG III. HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH 4WS.
3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG.
3.1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH.
- Hệ thống được thiết kế trên chiếc Honda Preludes được ra mắt vào tháng 4 năm
1987 và bán đầu tiên tại Hoa Kỳ vào cuối thập niên 80 và đầu thập niên 90.
- Ở thị trường Nhật bản chiếc Nissan R31 Shyline đã được ra mắt đầu tiên vào cuối
năm 1985.
- Mazda giới thiệu hệ thống đầu tiên trên chiếc Capella-626-MX-6.
- Hệ thống cũng được Mitsubishi ra mắt trên Galant VR-4 vào cuối năm 1987.
- Toyota cũng giới thiệu hệ thống lần đầu tại thị trường nhật bản trên chiếc Celica
vào cuối năm 1989.
4
- Honda thế hệ thứ 4, ra mắt trên chiếc Prelude thế hệ tiếp theo vào tháng 9 năm
1991.
3.1.2 CẤU TẠO CHUNG.
Hình 3.1.2 Sơ đồ bộ điều khiển hệ thống 4WS điều khiển điện tử.
- Trên hệ thống 4WS được điều khiển điện tử,không có kết nối cơ học giữa thiết bị
lái phía trước và bộ truyền động lái phía sau. Thiết bị truyền động lái phía sau này hiện
được điều khiển bởi hộp điều khiển 4WS. Hộp điều khiển điện tử sử dụng tốc độ quay
của vô lăng, tốc độ xe và thông tin góc lái phía trước để tính toán và kiểm soát góc lái
phía sau.
5
3.1.3 BỘ TRUYỀN ĐỘNG PHÍA SAU.
Hình 3.1.3 Thiết bị truyền động lái phía sau.
- Bộ truyền động lái phía sau có thể được so sánh với một thiết bị lái điện.Bộ
truyền động này chứa một động cơ điện điều khiển thanh răng lái thông qua cơ cấu vít
bi.Thanh giằng thông thường được kết nối từ bộ truyền động lái đến tay lái và trục
chính phía sau.Một lò xo hồi vị bên trong bộ truyền động di chuyển các bánh sau về vị
trí thẳng phía trước khi tắt công tắc đánh lửa tắt hoặc khi xảy ra lỗi trong hệ thống
4WS.Một cảm biến góc bánh sau (chính) và cảm biến góc bánh sau (phụ) được gắn
trên đỉnh của bộ truyền động lái phía sau.
- Các cảm biến đầu vào trong hệ thống:
+ Cảm biến góc bánh sau chính trong bộ truyền động lái sau.
+ Cảm biến góc bánh sau phụ trong bộ truyền động lái sau.
+ Cảm biến góc vô lăng chính trong cột lái dưới tổ hợp công tắc điện.
+ Cảm biến góc lái bánh trước ở giá trước và bánh lái bánh răng.
+ Cảm biến tốc độ bánh sau ABS thông thường.
+ Cảm biến tốc độ xe thông thường (VSS).
6
3.1.4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.
Hình 3.1.4 Hộp điều khiển 4WS phân tích thông tin cảm biến đầu vào, tính toán góc
lái phía sau cần thiết và vận hành động cơ cơ cấu lái sau để cung cấp góc lái phía sau
thích hợp.
- Khi động cơ chạy, Hộp điều khiển liên tục nhận thông tin từ các cảm biến đầu
vào. Nếu vô lăng xoay, hộp sẽ phân tích thông tin từ cảm biến tốc độ xe, cảm biến góc
lái chính, cảm biến góc bánh trước phụ, cảm biến góc bánh sau chính, cảm biến góc
bánh sau phụ và cảm biến tốc độ bánh sau. Hộp điều khiển 4WS tính toán góc lái phía
sau bánh xe thích hợp và sau đó gửi điện áp pin đến động cơ điện để cung cấp góc lái
cho bộ truyền động phía sau
- Điện áp pin được gửi đến động cơ cơ cấu chấp hành lái phía sau thông qua hai
Transistors đầu ra.Một trong những Transistor này dẫn dòng điện trong một rẽ
phải,trong khi các Transistor khác được kích hoạt trong một rẽ trái. Cảm biến chính
góc bánh sau chính và cảm biến góc bánh sau phụ gửi tín hiệu phản hồi đến Hộp điều
khiển 4WS, cho biết góc lái phía sau thích hợp đã được cung cấp.
7
3.1.5 ĐẶC ĐIỂM NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.
Hình 3.1.5 Góc lái phía sau liên quan đến tốc độ xe và vòng quay vô lăng.
- Khi tốc độ xe dưới 18 dặm / giờ (29 km / h),các bánh sau ngay lập tức bắt đầu
lái theo hướng ngược lại với các bánh trước nếu quay vô lăng (Hình 3.1.5). Góc lái
phía sau tối đa là 6 ° tại 0 mph.Tỷ lệ góc lái phía sau giảm trong mối quan hệ đến tốc
độ xe và ở tốc độ 18 dặm / giờ (29 km / h), góc lái phía sau gần như bằng không.
- Khi tốc độ xe tăng trên 18 dặm / giờ (29 km / h),các bánh sau điều khiển cùng
hướng với các bánh trước thông qua 200 ° đầu tiền của vòng quay vô lăng . Góc lái
phía sau quay về pha ngược lại nếu vô lăng quay hơn 200 ° trong phạm vi tốc độ xe
này. Khi tốc độ xe là 60 dặm / giờ (96 km / giờ) và vòng quay vô lăng là 100 °, các
bánh sau điều khiển khoảng 1 ° cùng hướng với các bánh trước. Nếu tay lái được quay
chậm 500 ° ở tốc độ này,các bánh sau được điều khiển khoảng 1 ° theo hướng ngược
lại với các bánh trước.
8
