ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI THỦY LỰC TRÊN Ô TÔ

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG
LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC
GVHD: ThS. Nguyễn Khơi Ngun
SVTH: Võ Chí Tâm

16076711

Nguyễn Trọng Lễ

16073421

Lý Thành Đức

16065571

Lê Đình Long

16074101

Trần Phan Thắng

16081071

TP.HCM, tháng 5 năm 2020

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG
LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰC

SVTH:

VÕ CHÍ TÂM
NGUYỄN TRỌNG LỄ
LÝ THÀNH ĐỨC
LÊ ĐÌNH LONG
TRẦN PHAN THẮNG

GVHD:

NGUYỄN KHÔI NGUYÊN

KHOA

CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

NGÀY NHẬN ĐỀ TÀI
NGÀY BẢO VỆ

I


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN/BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
(Dành cho giáo vên hướng dẫn)
Tên đề tài: ...........................................................................................................
Sinh viên thực hiện:
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
Giảng viên hướng dẫn: ........................................................................................
Cơ quan công tác: .................................... ĐT: ...................................................
PHẦN NHẬN XÉT
1. Tinh thần và thái độ thực hiện đồ án/báo cáo của sinh viên:
............................................................................................................................
............................................................................................................................
2. Kết quả thực hiện đồ án/báo cáo:
2.1. Ưu nhược điểm:
...................................................................................................................
...................................................................................................................
2.2. Điểm mới:
...................................................................................................................
...................................................................................................................

2.3. Tồn tại nếu có
...................................................................................................................
...................................................................................................................
TP.HCM, ngày …..tháng …..năm…..
GVHD

II


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN/BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
(Dành cho giáo viên phản biện)
Tên đề tài:
.............................................................................................................................
Sinh viên thực hiện:
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
.............................................................................. MSSV: .................................
Giáo viên phản biện
.............................................................................................................................
Cơ quan công tác
.................................................................. ĐT: ...................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
(Giảng viên phản biện ghi rõ nội dung cần chỉnh sửa và bổ sung nếu có)
1. Hình thức và tóm tắt của đồ án/báo cáo.

....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
2. Tổng quan đồ án/báo cáo.
....................................................................................................................
....................................................................................................................
3. Nội dung của đồ án/báo cáo.
....................................................................................................................
....................................................................................................................
4. Phương pháp nghiên cứu.
....................................................................................................................
....................................................................................................................
5. Kết quả và kết luận.
....................................................................................................................

III


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

....................................................................................................................
....................................................................................................................
6. Thiếu sót và việc cần thực hiện
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
CÁC VẤN ĐỀ CẦN LÀM RÕ

(Các câu hỏi của Giáo viên phản biện)
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
KẾT LUẬN
(Giảng viên phản biện ghi rõ được bảo vệ hay không được bảo vệ)
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................

TP. HCM, ngày…. tháng…. năm….
GVPB

IV


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

LỜI CAM KẾT
Nhóm em xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng nhóm và được

sự hướng dẫn khoa học của Th.S Nguyễn Khơi Ngun. Nhóm em xin cam đoan
số liệu và kết quả nghiên cứu trong báo cáo này là trung thực và chưa hề được sử
dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong báo cáo đã được ghi rõ nguồn gốc
rõ ràng và được phép công bố.
Ký tên:
Lý Thành Đức
Võ Chí Tâm
Trần Phan Thắng
Nguyễn Trọng Lễ
Lê Đình Long

V


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, ôtô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện đi lại thông dụng,
các trang thiết bị, bộ phận trên ơtơ ngày càng hồn thiện và hiện đại, đóng một vai
trò quan trọng đối với việc bảo đảm độ tin cậy và an toàn cho người vận hành và
chuyển động của ơtơ. Trong đó hệ thống lái có vai trò rất quan trọng. Hệ thống lái
hiện nay đa dạng và phong phú về chủng loại cũng như cấu tạo, nó phụ thuộc nhiều
vào đặc điểm kỹ thuật của ơtơ, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và ứng dụng của
chúng vào hệ thống lái trên ôtô.
Ở Việt Nam, trong những năm qua xe ô tô được sử dụng với số lượng và chủng
loại ngày càng tăng. Nhưng với điều kiện ngành công nghiệp ô tô chưa phát triển
cao, xe sử dụng ở Việt Nam đa số là xe nhập khẩu và một số xe lắp ráp của các

hãng nước ngồi. Vì vậy, các cơng nghệ trong hệ thống lái chưa được phát triển
nhiều. Mà các công nghệ này thường được chuyển giao của các hãng xe lắp ráp
hoặc có sẵn trên các xe nhập khẩu.
Xuất phát từ thực tế đó chúng em được định hướng và thực hiện đề tài: “Thiết
kế chế tạo hệ thống lái thủy lực trên ơ tơ”.
Do kiến thức và kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót trong
q trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Em rất mong nhận được sự giúp đỡ của các
Thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

VI


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

MỤC LỤC
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN/BÁO CÁO TỐT NGHIỆP .............................. II
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN/BÁO CÁO TỐT NGHIỆP ............................. III
Ý KIẾN NHẬN XÉT .................................................................................... III
LỜI CAM KẾT............................................................................................... V
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... VI
MỤC LỤC ................................................................................................... VII
MỤC LỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ IX
MỤC LỤC BẢNG .......................................................................................... X
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................... 1
2. Hiện trạng nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................ 1
3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu ..................... 4

3.1. Mục tiêu ............................................................................................ 4
3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................... 4
3.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................... 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................ 6
1. Giới thiệu hệ thống lái ............................................................................. 6
2. Tính tốn hệ thống lái .............................................................................. 6
2.1. Thông số đầu vào .............................................................................. 6
2.2. Kiểm nghiệm động học hình thang lái .............................................. 8
2.3. Xác định lực tác dụng của người lái tác dụng lên vô lăng. ............. 14
2.4. Tính bền các địn dẫn động lái và rơ-tuyn của hình thang lái. ........ 16
2.5. Tính bền cơ cấu lái .......................................................................... 23
2.6. Tính bền trục lái. ............................................................................. 29

VII


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

3. Giới thiệu phần mềm thiết kế: ............................................................... 30
3.1. CATIA là gì? ................................................................................... 30
3.2. Một số tính năng cơ bản của CATIA: ............................................. 30
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH ..................................... 33
1. Xây dựng mơ hình 3D các chi tiết ......................................................... 33
1.1. Cụm chi tiết phanh .......................................................................... 33
1.2. Thước lái ......................................................................................... 34
1.3. Cụm vơ lăng .................................................................................... 35
2. Thiết kế mơ hình 2D – 3D ..................................................................... 35
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI ................................ 38

1. Quá trình chế tạo hệ thống lái ................................................................ 38
1.1. Xác định hệ thống lái phù hợp với yêu cầu. ................................... 38
1.2. Tìm hiểu và mua các bộ phận của hệ thống lái. .............................. 39
1.3. Các bước chế tạo mơ hình ............................................................... 40
2. Xây dựng quy trình tháo ráp bằng giáo án điện tử ................................ 43
2.1. Giới thiệu phần mềm Lecture Maker .............................................. 43
2.2. Các bước tạo bài giảng điện tử cơ bản ............................................ 43
2.3. Tổng quan bài giảng điện tử quy trình tháo lắp hệ thống lái .......... 46
3. Mơ phỏng quy trình tháo ráp ................................................................. 60
4. Xây dựng thảm các chi tiết tháo rời ....................................................... 60
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................ 61
1. Kết luận .................................................................................................. 61
2. Kiến nghị và hướng phát triển ............................................................... 61

VIII


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.6 Kích thước tổng thể TOYOTA HIACE ........................................... 6
Hình 2.7 Cơ cấu lái .......................................................................................... 6
Hình 2.8 Sơ đồ qua hệ giữa các góc quay của banh xe dẫn hướng ................. 8
Hình 2.9 Sơ đồ hình thang lái xe đi thẳng ....................................................... 9
Hình 2.10 Mặt cắt bánh xe bên phải ................................................................ 9
Hình 2.11 Sơ đồ hình thang lái trong trường hợp xe quay vịng ................... 10
Hình 2.12 Đồ thị quan hệ giữa alpha thực tế với alpha lý thuyết.................. 13

Hình 2.13 Sơ đồ tính tốn kiểm nghiệm hình thang lái ................................ 14
Hình 2.14 Đặc điểm lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vòng ............ 15
Hình 2.15 Sơ đồ phân tích lực lên các khâu .................................................. 16
Hình 2.16 Hinh khớp cầu rơ-tuyn.................................................................. 21
Hình 2.17 Cơ cấu lái trục vít thanh răng ....................................................... 23
Hình 2.18 Sơ đồ trục lái................................................................................. 29
Hình 2.19 Thiết kế chi tiết xe hơi .................................................................. 31
Hình 2.20 Module phay Audi TT bằng CAD ................................................ 31
Hình 2.21 Modul phân tích lực...................................................................... 32
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH
Hình 3.1 Cụm chi tiết phanh ......................................................................... 33
Hình 3.2 Cụm thước lái ................................................................................. 34
Hình 3.3 Cụm vơ lăng ................................................................................... 35
Hình 3.4 Hình chiếu đứng mơ hình ............................................................... 35
Hình 3.5 Hình chiếu cạnh mơ hình................................................................ 36
Hình 3.6 Hình chiếu bằng mơ hình ............................................................... 36
Hình 3.7 Hình chiếu 3D mơ hình .................................................................. 37
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI
Hình 4.1 Q trình họp nhóm ........................................................................ 38
Hình 4.2 Mơ hình mẫu 3D............................................................................. 38
Hình 4.3 Vận chuyển mơ hình cũ .................................................................. 39
Hình 4.4 Q trình mua phụ tùng .................................................................. 39
Hình 4.5 Chế tạo khung mơ hình .................................................................. 40
Hình 4.6 Tẩy sơn và vệ sinh .......................................................................... 40
Hình 4.7 Quá trình sơn lại ............................................................................. 41
Hình 4.8 Lắp ráp và vận hành ....................................................................... 41
Hình 4.9 Vẽ chi tiết mơ hình ......................................................................... 42
Hình 4.10 Mơ hình hồn thiện trên phần mềm.............................................. 42
Hình 4.11 Mơ hình hồn thiện thực tế ........................................................... 42
IX

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

Hình 4.12 Màn hình chính ............................................................................. 43
Hình 4.13 Tạo bài giảng ................................................................................ 44
Hình 4.14 Trang trắng ................................................................................... 45
Hình 4.15 Chọn hình nền............................................................................... 45
Hình 4.16 Thơng số kỹ thuật xe Hiace .......................................................... 47
Hình 4.17 Hệ thống lái xe HIACE ................................................................ 47
Hình 4.18 Chẩn đốn hư hỏng ....................................................................... 48
Hình 4.19 Kiểm tra trực tiếp trên xe.............................................................. 48
Hình 4.20 Quy trình tháo lắp cụm trụ lái ...................................................... 49
Hình 4.21 Quy trình tháo lắp cụm bánh răng ................................................ 49
Hình 4.22 Thảm chi tiết tháo rời của mơ hình .............................................. 60
MỤC LỤC BẢNG
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 2.1 Thơng số đầu vào ............................................................................. 7
Bảng 2.2 Góc  tương ứng so với góc  ....................................................... 12
Bảng 2.3 Thơng số trục vít thanh răng .......................................................... 24
CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI
Bảng 4.1 Quy trình tháo cụm thanh dẫn động lái.......................................... 53
Bảng 4.2 Quy trình tháo cụm thanh dẫn động lái.......................................... 59
Bảng 4.3 Quy trình tháo cụm bơm trợ lực lái Error! Bookmark not defined.

X

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1. Lý do chọn đề tài
1.1. Sự cần thiết của đề tài
Trong những năm gần đây. Nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực
kì 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, đi cùng với nó là
sự tiện nghi, an tồn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự
êm ái và an toàn khi vận hành phương tiện.
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 về cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên, vì thời gian có hạn nên chúng em
chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực thủy lực trên các mẫu xe du lịch phổ
thông trên thị trường hiện nay.
1.2. Ý nghĩa của đề tài
Nhiệm vụ chính đặt ra của đề tài là nghiên cứu cho các đối tượng sinh viên,
học sinh chuyên ngành của các trường đại học, cao đẳng chuyên nghiệp và có thể
thay làm tài liệu thao khảo cho cán bộ, công nhân kỹ thuật chuyên ngành ơ tơ.
Mơ hình được chế tạo từ đề tài có thể dùng để giảng dạy về hệ thống lái trợ
lực thủy lực và có thể phục vụ cho việc nghiên cứu, phát triển các hệ thống lái
khác.
Những kết quả thu được sẽ giúp chúng em hiểu sâu hơn về hệ thống lái trợ lực
thủy lực trên các dòng xe phổ biến hiện nay, biết được các cấu tạo, nguyên lý hoạt
động để dễ dàng chẩn đoán, sửa chữa trong các trường hợp thực tế bên ngoài.
2. Hiện trạng nghiên cứu trong và ngoài nước
2.1. Trong nước

Với sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin, cũng
như xu hướng tồn cầu hóa đã tạo điều kiện thuận lợi cho các cơng trình nghiên

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

cứu về hệ thống điều khiển thuỷ lực nói chung và hệ thống lái ơtơ nói riêng có
những bước tiến vượt bậc.
Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu và ứng dụng thành cơng vào thực tiễn, góp
phần cải thiện điều kiện nghiên cứu, đào tạo và sản xuất. Đặc biệt, các chuyên gia
đã tập trung vào việc ứng dụng các phẩn mềm chuyên dụng như Alaska, ANSYS,
SIMULINK, AUTOMATION STUDIO… để có thể mơ phỏng các hệ thống điều
khiến thuỷ lực đặc biệt là lĩnh vực nghiên cứu về hệ thống phanh trên ô tơ, hệ
thống điều khiến xe qn sư máy cơng trình và thuỷ lợi.
Các cơng trình đã nghiên cứu về hệ thống lái gồm có:
-

Cơng trình nghiên cứu của GS.TSKH Đỗ Sanh về động học, động lực
học quay vòng xe ở tốc độ cao.

-

Cơng trình nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Khắc Trai về lý thuyết
quay vòng và các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ tiêu ổn định khi quay vòng
đã đề cập trong luận án tiến sỹ và cuốn giáo trình “Tính điều khiến và
quỹ đạo chuyển động của ơtơ” xuất bản năm 1997.

-

Cơng trình nghiên cứu của TS Lê Hồng Quân và TS Nguyễn Xuân
Thiện trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KHCN-05-09 về nghiên
cứu thử nghiệm thành công bộ trợ lực lái thuỷ lực do Việt nam chế tạo
áp dụng cho xe tăng T-55

-

Cơng trình nghiên cứu của TS Nguyễn Thanh Quang về nghiên cứu
động học, động lực học và độ bền hệ thống lái trên ô tô MEKONG
STAR.

-

Cơng trình nghiên cứu của ThS Nguyễn Hồng Vũ về nghiên cứu tính
tốn động lực học quay vịng cho bánh xe dẫn hướng.
2.2. Ngoài nước

Hiện nay, trên thế giới, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác
như vơ tuyến điện tử, chế tạo máy, tự động hóa,… thì ngành cơng nghiệp ơ tơ cũng
đang có những bước phát triển mạnh mẽ với việc ứng dụng công nghệ tin học,
điều khiển, khoa học mô phỏng, vật liệu mới.
2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

Ơ tơ ngày nay được sử dụng với tốc độ cao, vấn đề an toàn chuyển động ngày
càng được các nhà khoa học tại các nước có ngành cơng nghiệp nặng phát triển
như Mỹ, Nhật, Đức,… đầu tư nghiên cứu.
Trong cấu tạo của ô tô, hai hệ thống được coi là quan trọng nhất đảm bảo an
toàn chuyển động được kể đến như hệ thống lái và hệ thống phanh.
Trong những năm gần đây, hàng trăm các cơng trình khoa học nhằm hồn
thiện hệ thống lái trên ô tô được ra đời. Các cơng trình chủ yếu tập trung vào lĩnh
vực động học và động lực học của hệ thống lái 4WD nhằm tăng tính cơ động và
hồn thiện tính điều khiển của hệ thống lái. Tác giả Samkr Moham USA vào tháng
6 năm 2000 đã cơng bố cơng trình về loại xe có hệ thống lái ở cả 4 bánh (AWD).
Nhiều nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu cho các hệ thống điều khiển
cho các loại xe có hệ thống lái 4WD. Những trung tâm khoa học công nghệ lớn
như ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản hiện đang có nhiều nổ lực để nghiên cứu về vấn
đề tự động điều khiển hệ thống lái, đó là những cơng trình nghiên cứu lớn với sự
hỗ trợ của hàng trăm nhà khoa học khắp nơi trên thế giới. Hãng Mercedes-Benz
cũng đã từng trình diễn loại xe với hệ thống lái tự động và trong tương lai sẽ được
áp dụng trên các loại đường thơng minh.
Để tăng tính điều khiển và tiện nghi cho việc hoàn thiện hệ thống lái, các nhà
khoa học đã đi sâu vào việc chế tạo các bộ cường hóa tích cực PPS (Progressive
Power Steering) để đảm bảo cảm giác của người lái với mặt đường, tăng tính năng
điều khiển của hệ thống lái khi chạy ở tốc độ cao, đặc biệt là các xe thế hệ mới
được sử dụng ở tốc độ cao hơn 100km/h.
Những nhà khoa học cũng luôn tiến tới việc phát triển những kết cấu mới cho
hệ thông lái như việc phát triển các cơ cấu điều khiển góc đặt trục lái và vơ lăng
TS (Tilt Steering), cùng với đó là việc ghế ngồi người lái có thể chỉnh theo ba
chiều nhằm bổ sung cho người lái một ví trị điều khiển thuận tiện nhất. Xu thế
chung của các trung tâm công nghiệp ô tô lớn trên thế giới là nghiên cứu các hệ
thống lái tích cực, nhằm sử dụng các thành tựu về điện, điện tử ứng dụng, các
thành tựu về tin học để kiểm sốt các tính năng của hệ thống lái và đảm bảo các

chế độ hoạt động được tối ưu.
3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

Như vậy, có thể thấy rằng, hệ thống lái với những chức năng đảm bảo tính
dẫn hướng đang được các nhà khoa học hàng đầu thế giới tập trung nghiên cứu
với nhiều nổ lực lớn, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào các nội dung sau:
-

Nghiên cứu động học hệ thống lái thơng qua mối tương quan hình học
các khâu độc lập từ đó xác định sự thay đổi động học các khâu, kết luận
khả năng sử dụng của hệ thống lái trên từng loại xe.

-

Xác định lực tác dụng lên vành tay lái để tính tốn khả năng áp dụng
các hệ thống trợ lực để điều khiển lái

-

Nghiên cứu các hệ thống lái điều khiển điện – thủy lực hoặc điện điện
tử

-

Nghiên cứu các hệ thống lái tự động.

3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
3.1. Mục tiêu
-

Nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực thuỷ lực trên ô tô hiện nay

-

Chỉ ra được ưu điểm và nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực.

-

Tính toán hệ thống lái.

-

Giới thiệu các phần mềm thiết kế.

-

Xây dựng mơ hình 3D các chi tiết trong hệ thống lái.

-

Thiết kế mơ hình – tính tốn bền khung sau khi thiết kế.

-

Hoàn thiện và vận hành hệ thống lái.

3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

-

Nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực thuỷ lực đi kèm với những số liệu
thực tiễn về hệ thống lái.

-

Thiết kế chi tiết và hồn thiện mơ hình hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
3.3. Phương pháp nghiên cứu
3.3.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Nghiên cứu lý thuyết:
-

Đọc tài liệu, tìm hiểu, quan sát hệ thống trên xe.

-

Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc để hiểu sâu hơn về hệ thống.
4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

-

Nghiên cứu thực nghiệm.

-

Xây dựng bài thực hành kiểm tra chẩn đoán.
3.3.2. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Khái niệm:
Là phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin khoa học trên cơ sở nghiên cứu
các văn bản, tài liệu đã có sẵn và bằng các thao tác tư duy lôgic để rút ra kết luận
khoa học cần thiết.
Các bước thực hiện:
Bước 1: Thu thập, tìm kiếm các tài liệu viết về “ Hệ thống lái dòng xe
Toyota Hiace ”.
Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống lôgic chặt
chẽ theo từng bước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ
sở và bản chất nhất định.
Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về “Hệ thống lái
dịng xe Toyota Hiace” phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc một cách
khoa học.
Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hố lại những
kiến thức (liên kết từng mặt, từng bộ phận thơng tin đã phân tích) tạo
ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc.
3.3.3. Phương pháp phân tích thống kê và mô tả
Là phương pháp tổng hợp kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tài liệu
để đưa ra kết luận chính xác, khoa học.

5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Giới thiệu hệ thống lái
Hệ thống lái là một trong bảy hệ thống cơ bản, quan trọng nhất trên ô tô. Trong
khi động cơ và hệ thống truyền lực truyền cơng suất xuống bánh xe, thì hệ thống
lái dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ô tô chuyển động theo một
quỹ đạo nhất định nào đó như: quay vịng trái, quay vịng phải, đi thẳng… Hệ
thống lái là một hệ thống khá phức tạp, nó được chia thành nhiều cụm cơ cấu và
bộ phận có chức năng riêng biệt hỗ trợ lẫn nhau.
2. Tính tốn hệ thống lái
2.1. Thơng số đầu vào

Hình 2.1 Kích thước tổng thể TOYOTA HIACE

Hình 2.2 Cơ cấu lái
6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

THƠNG SỐ CỦA XE TOYOTA HIACE 2005
Tên gọi

Gía trị

Đơn vị

Chiều dài tồn bộ xe.

4950

mm

Chiều rộng toàn bộ xe.

1690

mm

Chiều cao xe (h).

1935

mm

Chiều dài cơ sở (L).

2590

mm

Khoảng cách trục trước của xe (B1).

1455

mm

Khoảng cách trục sau của xe (B2).

1430

mm

Trọng lượng tồn tải (G).

28056

N

Thơng số lốp

195/70 R14

THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG LÁI
Khoảng cách giữa hai trụ đứng (B).

1165

mm

Chiều dài đòn kéo dọc (m).

120

mm

Khoảng cách giữa đòn kéo ngang và trụ đứng

150

mm

Chiều dài đòn kéo bên (p).

270

mm

Chiều dài cánh tay địn (c).

145

mm

Modun của cặp trục vít, thanh răng (mz)

4

mm

0 đến 40

Độ

Tỉ số chuyền cơ cấu lái (iw)

18,68

Độ

Tỉ số chuyền động lái (id)

1

Hiệu suất thuận (t).

0,8

Hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam

0,7

(y).

Góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngồi
().
Góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong
().

quay và các khớp nối (l).
Bán kính vô lăng (R)

190

Bảng 2.1 Thông số đầu vào

7

mm


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

2.2. Kiểm nghiệm động học hình thang lái

Hình 2.3 Sơ đồ qua hệ giữa các góc quay của banh xe dẫn hướng
Nhiệm vụ của tính tốn động học dẫn động lái là xác định những thông số tối
ưu của dẫn động lái 6 khâu để đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn
hướng một cách chính xác nhất và động học đúng của địn quay đứng khi có sự
biến dạng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo và chọn các thông số cần thiết của hệ
thống truyền dẫn động lái. Từ lý thuyết quay vòng ta thấy để nhận được sự lăn tinh
của các bánh xe dẫn hướng khi quay vịng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quay
hệ sau đây của của góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngồi và bên trong so với tâm
quay vịng. Theo giáo trình thiết kế và tính tốn ơtơ máy kéo mối quan hệ đó được
thể hiện ở cơng thức sau:
c ot ( ) − c ot (  ) =

B
L

(2.1)

Trong đó: β: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong.
α: là góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.

B: là khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng.
L: là chiều dài cơ sở của ôtô.
Từ biểu thức trên để bánh xe dẫn hướng lăn mà không bị trượt lết trong q
trình quay vịng thì hiệu số cos góc quay của bánh xe bên ngồi và bên trong phải
luôn là một hằng số và bằng B/L.

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

Hình thang lái phải đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.
Nó bao gồm các khâu được nối với nhau bằng các khớp cầu và các đòn bên được
bố trí nghiêng một góc so với dầm cầu trước.
2.2.1. Trong trường hợp xe đi thẳng

Hình 2.4 Sơ đồ hình thang lái xe đi thẳng
Từ sơ đồ hình 2.4 ta có các mối quan hệ sau giữa các biểu thức sau:

X = B − 2*(m * cos + p * cos )
Mặt khác ta có cơng thức:

sin( )2 + cos( )2 = 1 (2.3)

Hình 2.5 Mặt cắt bánh xe bên phải
9

(2.2)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

Xét tam giác C’FB’ vng tại F ta có:
sin  =

C 'F
(2.4)
C 'B'

Xét tam giác B’EA’ vng tại E ta có:
B ' E = Sin( ) * A ' B ' = Sin( ) * m

(2.5)

Ta lại có:
C ' F = y − B ' E = y − m *Sin ( )

Thay các giá trị vào công thức (2.4) ta được:
sin  =

y − m *sin( )
p

Từ cơng thức (2.3) ta có:
cos( ) = 1 − sin( ) 2
 y − m *sin ( ) 

= cos( ) = 1 − 

p


1
= cos( ) = * p 2 − [y − m *sin( ]) 2
p
2

Thay các giá trị vào biểu thức (2.2) ta được:
X = B − 2 * (m * cos +

p 2 − [y − m *sin( )]2 )

2.2.2. Trong trường hợp xe xe quay vịng

Hình 2.6 Sơ đồ hình thang lái trong trường hợp xe quay vòng
10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

Khi bánh xe bên trái quay đi một góc α và bên phải quay đi một góc β, lúc này
địn kéo dọc của bánh xe bên phải hợp với phường ngang một góc (θ-β) và bánh
xe bên trái là (θ +α).
Từ sơ đồ hình 2.6 trên ta có mối quan hệ của các thông số theo quan hệ sau:

( )

A1 D1 = B −  m * cos ( −  ) + p * cos  ' + X 

Ta có cơng thức
cos( ') = 1 − sin( ') 2
 y − m *sin ( −  ) 
= cos( ') = 1 − 

p


1
= cos( ') = * p 2 − [y − m *sin( −  ]) 2
p
2

Xét tam giác A1C1D1 vng tại D1 ta có:

A1C12 = A1D12 + D1C12 = A1D12 + y 2
tag ( )

C1 D1
A1 D1

 y 
=  = arctag 

 A1 D1 

Xét tam giác B1A1C1 ta có:

B1C12 = A1C12 + A1 B12 − 2* A1C1 * A1 B1 * cos ( )
A1C12 + A1 B12 − B1C12
= cos ( ) =
2* A1C1 * A1 B1

(2.7)

Thay các giá trị vào công thức (2.7) ta được:

cos ( ) =

A1D12 + y 2 + m2 − p 2
2* m * A1D12 + y 2

 A D 2 + y 2 + m2 − p 2 

=  = arccos  1 1
 2* m * A D 2 + y 2 
1 1


Mặt khác ta lại có:
11

(2.6)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khôi Nguyên

 +  = + 
=  =  +  − 

(2.8)

Thay các giá trị vào cơng thức (2.8) ta có được biểu thức :

 A D 2 + y 2 + m2 − p 2 
 y 
 + arctag 
 = arccos  1 1
 −
 2* m * A D 2 + y 2 
A
D
1
1


1 1


Thay các giá trị vào công thức (2.6) ta được A1D1:
2

A1 D1 = 2*  m * cos + p 2 −  y − m *sin ( )  



2

−  m * cos ( −  ) + p 2 −  y − m *sin ( −  )  



2.2.3. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái lý thuyết.
Ta xác định được đường cong lý thuyết qua công thức (2.1).
c ot ( ) − c ot (  ) =

B
L

B
+ c ot (  )
L
B

=  = arccot  + c ot (  ) 
L


= c ot ( ) =

Ứng với các gía trị của góc  từ 0𝑜 ;10𝑜 ;….;30𝑜 ;40𝑜 ta được các góc  lý
thuyết tương ứng. Các giá trị này được tính trong bảng excel dưới đây


0𝑜

10𝑜

20𝑜

30𝑜

40𝑜



0𝑜

9,27𝑜

17,37𝑜

24,63𝑜

31,36𝑜

Bảng 2.2 Góc  tương ứng so với góc 
2.2.4. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế.
Để xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế ta phải xây dựng được
đường cong qua hàm số  = f ( ;  )
Theo mối quan hệ này nếu biết trước một góc  nào đó ứng với một góc  thì
ta có một giá trị góc . Mối quan hệ giữa ,  và  được xác định theo công thức
(2.6) và (2.8). Ta xây dụng trương trình tính tốn trên excel để xác đinh đường
12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

cong hình thang thưc tế với góc  = (45, 46,.......,89, 90) ứng với giá trị góc 
= (0, 1,.........,39, 40). Cuối cùng ta chọn được một góc  nào đó nằm sát vớt
đường cong lý thuyết nhất với điều kiện  =  lt −  tt  1 , nếu  = 1
thì sẽ gây ra mịn lốp nhanh.
Ta thu được kết quả tính tốn qua bảng excel ta được:
Với: = 80 thì max = 1,118  1 (Khơng thỏa u cầu)
= 81 thì max = 0, 662  1 (Thỏa yêu cầu)
= 82 thì max = 0,870  1 (Thỏa u cầu)
= 83 thì max = 1,115  1 (Khơng thỏa yêu cầu)
 Chọn góc  = 82 là góc ứng với góc alpha () thực tế.
Dựa vào các số liệu trong bảng excel ta vẽ được đồ thị đặc tính động học hình
thang lái lý thuyết và thực tế trên cùng một hệ trục toạ độ:
40

Alpha tại teta= 90 độ
Alpha tại teta= 60 độ

35

Alpha lý thuyết
Alpha tại teta= 45 độ

30

Alpha tại teta= 82 độ

Alpha 

25

Alpha tại teta= 81 độ

20

15

10

5

0
1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39

Beta 

Hình 2.7 Đồ thị quan hệ giữa alpha thực tế với alpha lý thuyết

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Khơi Ngun

Hình 2.8 Sơ đồ tính tốn kiểm nghiệm hình thang lái
2.3. Xác định lực tác dụng của người lái tác dụng lên vô lăng.
Lực của người lái tác dụng lên vô lăng đạt giá trị cực đại khi quay vòng xe tại
chỗ. Lúc đó mơmen cản quay vịng trên mỗi bánh xe dẫn hướng M’c sẽ bằng tổng
số của mômen cản chuyển động M1, mômen cản do bánh xe trượt lê trên đường
M2 và mômen cản cần thiêt để làm ổn định dẫn hướng M3, khi xác định giá trị lực
tác dụng cực đại lên vành lái Plmax thì M3 có thể bỏ qua.

14