ĐỒ án thiết kế, mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện trên xe honda civic bằng phần mềm inventor

EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Hưng yên, ngày…..tháng…..năm 2013
Giáo viên hướng dẫn

I


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Hưng yên, ngày…..tháng…..năm 2013
Giáo viên phản biện

MỤC LỤC
II


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ơ TƠ.............................1
1.1. Cơng dụng, phân loại, yêu cầu...........................................................................1
1.1.1. Công dụng.......................................................................................................1
1.1.2. Phân loại..........................................................................................................2
1.1.3. Yêu cầu............................................................................................................2
1.3. Các hệ thống có trợ lực lái..................................................................................4
1.3.1. Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực.........................................................................5
1.3.2. Hệ thống lái trợ lực điện...............................................................................7
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC......................11
2.1. Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic..............................................................11
2.2. Tính tốn động lực học.......................................................................................12
2.2.1. Tính mơmen cản quay vịng...........................................................................12
2.2.2. Xác định mơmen cản quay vòng M1 do lực cản lăn gây ra............................12
2.2.3. Xác định mômen cản M2 do các lực ngang gây ra.........................................13
2.2.4. Tính mơmen cản quy dẫn tới vành tay lái......................................................15
2.3. Tính tốn bộ truyền cơ cấu lái..........................................................................16
2.3.1. Xác định bán kính vịng lăn của bánh răng....................................................16
2.3.2. Xác định các thơng số của bánh răng............................................................16
2.3.3. Xác định kích thước và thơng số của thanh răng..........................................17

2.3.4. Tính bền cơ cấu lái trục răng - thanh răng.....................................................18
2.4.Tính bền dẫn động lái..........................................................................................21
2.4.1.Kiểm tra bền trục lái.......................................................................................21
2.4.2. Kiểm tra bền Rơ-tuyn....................................................................................22
2.5. Tính tốn trợ lực điện.........................................................................................23
2.5.1. Xây dựng đặc tính cường hóa lái...................................................................23
2.5.2. Tính kiểm nghiệm motor điện trợ lực............................................................25
2.5.3.Tính tốn điều khiển motor điện.....................................................................25
3.1. Giới thiệu về phần mềm Inventor 2011.............................................................27
3.1.1. Các tiện ích của Inventor...............................................................................27
3.1.2. Giao diện người dùng....................................................................................28
3.1.3. Các thanh lệnh sau khi khởi động..................................................................31
3.1.4. Khởi động môi trường vẽ phác thảo và tạo chi tiết........................................31
3.2. Sử dụng phần mềm Inventor thiết kế các chi tiết.............................................38
3.2.1. Thiết kế thanh răng bằng phần mềm Inventor................................................38

III


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
3.2.2. Thiết kế mô tơ trợ lực bằng phần mềm Inventor............................................42
3.3. Sử dụng Autodest Inventor tính bền một số chi tiết.........................................45
3.3.1. Các bước tính bền trong Inventor.................................................................45
3.3.2. Kiểm bền địn kéo ngang của hình thang lái (thanh ổn định).........................46
3.3.3. Tính bền bánh răng........................................................................................50
3.4. Lắp ráp các chi tiết.............................................................................................51
3.5 . Mô phỏng chuyển động hệ thống lái.................................................................53
KẾT LUẬN.................................................................................................................56

DANH MỤC BẢNG BIỂU

IV


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Bảng 2.1: Bảng các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic..............................................11
Bảng 3.1: Các lệnh 2D sketch vẽ thông thường...............................................................33
Bảng 3.2: Các lệnh trong môi trường 3D..........................................................................34
Bảng 3.3: Các lệnh cơ bản trong môi trường lắp ghép......................................................36
Bảng 3.4: Các lệnh cơ bản trong mơi trường Standard.idw..............................................37

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hệ thống lái.........................................................................................................1

V


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Hình 1.2: Biến dạng của lốp...............................................................................................3
Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster..............................................................................4
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực........................................................5
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực..........................................................6
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái................................................8
Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện..............................................9
Hình 2.1: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng............................................................................13
Hình 2.2: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vịng......................................13
Hình 2.4: Khớp cầu..........................................................................................................22
Hình 2.5: Đường đặc tính cường hố................................................................................24
Hình 2.6: Đặc tính điều khiển motor điện........................................................................26
Hình 3.1: Khởi động Inventor 2011..................................................................................28
Hình 3.2: Giao diện sau khi khởi động Inventor...............................................................29

Hình 3.3: Giao diện của menu file....................................................................................30
Hình 3.4: Giao diện của menu View.................................................................................30
Hình 3.5: Giao diện của menu Tools.................................................................................30
Hình 3.6: Giao diện menu Help........................................................................................30
Hình 3.7: Giao diện thanh cơng cụ vẽ Sketch...................................................................31
Hình 3.8: Giao diện thanh cơng cụ vẽ 3D.........................................................................31
Hình 3.9: Giao diện thanh cơng cụ lắp ghép.....................................................................31
Hình 3.10: Khởi động mơi trường vẽ phác thảo................................................................32
Hình 3.11: Giao diện mơi trường Standard.......................................................................32
Hình 3.12: Khởi động mơi trường lắp ghép......................................................................36
Hình 3.13: Giao diện của mơi trường lắp ghép.................................................................36
Hình 3.14: Khởi động mơi trường Standard.idw...............................................................37
Hình 3.15: Giao diện của mơi trường Standard.idw..........................................................37
Hình 3.16: Khởi động phần mềm Inventor.......................................................................38
Hình 3.17: Vào mơi trường vẽ Standard.ipt......................................................................39
Hình 3.18: Giao diện của mơi trường vẽ phác thảo...........................................................39
Hình 3.19: Giao diện vẽ biên dạng 2D của thanh răng......................................................40
Hình 3.20: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 20mm dài 1000mm..........................40
Hình 3.21: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 25mm...............................................41
Hình 3.22: Dùng lệnh Extruded tạo khối biên dạng 40mm dài 600mm............................41
Hình 3.23: Tạo gen cho 2 đầu thanh răng.........................................................................42
Hình 3.24:Thanh răng được hồn thành............................................................................42
Hình 3.25: Vào mơi trường vẽ Standard.ipt......................................................................43
Hình 3.26: Tạo biên dạng 2D cho mô tơ...........................................................................43

VI


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Hình 3.27: Tạo khối cho 1 vài biên dạng thân mơ tơ........................................................44

Hình 3.28: Tạo khối biên dạng phía trước thân mơ tơ.......................................................45
Hình 3.29: Mơ tơ trợ lực lái được hồn thiện....................................................................45
Hình 3.30: Mơ hình địn kéo ngang.................................................................................46
Hình 3.31: Chọn vật liệu cho địn kéo ngang là thép.......................................................47
Hình 3.32: Tạo ràng buộc.................................................................................................47
Hình 3.33: Đặt lực tác dụng..............................................................................................48
Hình 3.34: Tạo lưới các phần tử.......................................................................................48
Hình 3.35: Xuất kết quả...................................................................................................49
Hình 3.36: Điểm chịu ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất.......................................................49
Hình 3.37: Kết quả tính bền bánh răng.............................................................................50
Hình 3.38: Khởi động mơi trường lắp ráp.........................................................................51
Hình 3.39: Giao diện mơi trường lắp ráp..........................................................................51
Hình 3.40: Sơ đồ các chi tiết hệ thống lái trợ lực điện....................................................52
Hình 3.41: Các kiểu lắp ghép của constrain.....................................................................52
Hình 3.42: Sơ đồ lắp ráp cơ cấu hệ thống lái trợ lực điện.................................................53
Hình 3.43: Giao diện mơi trường mơ phỏng chuyển động................................................53
Hình 3.44: Cửa sổ của Creat View....................................................................................54
Hình 3.45: Giao diện của mơi trường mơ phỏng chuyển động.........................................54
Hình 3.46: Cửa sổ của Tweak Component........................................................................54
Hình 3.47: Cửa sổ của Animation.....................................................................................55

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
TT

Chữ
viết tắt

Tên đầy đủ

VII

EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
1
2
3
4

Mc
M2
M3
Gbx

Mômen cản quay vịng do lực cản lăn gây ra
Mơmen cản quay vịng khi có lực ngang Y
Mơmen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang  của trụ quay đứng
Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng

5

f

Hệ số cản lăn

6
7
8
9
10
11

12
13
14
15
16
17
18
19

Rbx

Ro





20
21
22
23

Pvl’

cd
u

Bán kính làm việc của bánh xe
Hệ số biến dạng lốp
Với lốp áp suất thấp

Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe
Góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe
Góc chụm của bánh xe dẫn hướng
Góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng.
Mơmen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái
Tỷ số truyền của dẫn động lái
Hiệu suất thuận của cơ cấu lái
Bán kính vành tay lái
Lực tác dụng lên vành tay lái khi trợ lực không làm việc
Lực tác dụng lên vành tay lái khi không có trợ lực
Lực để thắng cản ma sát và lực ép dầu tuần hoàn trong hai khoang
của xi lanh lực
Hệ số tăng tải của hệ thống lái khi trợ lực khơng làm việc
Ứng suất chèn dập
Ứng suất uốn

Mcvl
ic
id
t
Rvl
P”vl
Pvl

LỜI NĨI ĐẦU
Trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhà nước ta chủ
trương đẩy mạnh nghành công nghiệp ôtô và đã có 14 liên doanh ơtơ Việt Nam
hoạt động và đã đưa ra thị trường nhiều loại xe có chất lượng cao, ứng dụng các
tiến bộ khoa học và cơng nghệ tiên tiến. Trong đó hệ thống lái ơtơ là một ví dụ.

VIII


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Hệ thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ơ tơ, đảm
bảo tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vịng của bánh xe dẫn
hướng. Trong q trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng rất lớn đến an
toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với xe có tốc độ
cao. Do đó người ta khơng ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính năng của
nó. Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện và
nghiên cứu đồ án tốt nghiệp với đề tài:
“Thiết kế, mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện bằng phần mềm Inventor”.
nhằm mục đích giảm cường độ cho người lái, làm tăng thêm tính cơ động và độ
an toàn chuyển động của xe. Đây là một lĩnh vực khá mới mẻ, phức tạp đòi hỏi
các kiến thức về điện tử - tin học, cơ điện tử và chưa có nhiều tài liệu tham khảo.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo thuộc bộ môn công nghệ ô tô
trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Hưng Yên và đặc biệt là thầy giáo Phạm Văn
Kiêm đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ em hồn thành tốt đề tài này. Tuy
nhiên, do lần đầu làm công tác thiết kế, thời gian lại có hạn nên khơng tránh
khỏi những thiếu sót. Kính mong sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô và các bạn
để em hiểu rõ hơn.
Hưng Yên, ngày tháng năm 2013
Sinh viên

Nguyễn Hữu Tuân

IX


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ơ TƠ
1.1. Cơng dụng, phân loại, yêu cầu
1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển
động của ơ tơ khi cần thiết.Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách:
+ Thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng.
+ Thay đổi mô men xoắn ở bánh sau chủ động.
+ Kết hợp đồng thời cả hai phương pháp trên.

Hình 1.1: Hệ thống lái
Hệ thống lái có nhiều loại, thơng thường bao gồm các bộ phận chính như:
Vành lái: là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp của
người điều khiển.
Cơ cấu lái: là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ôtô đảm
nhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái
Dẫn động lái: bao gồm đòn quay đứng, địn kéo dọc, hình thang lái, địn quay
ngang, có nhiệm vụ liên kết cơ cấu lái với bánh xe và dẫn động cho bánh xe dẫn
hướng
Trợ lực lái: Trợ lực lái có thể có hoặc khơng. Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng
của người lái bằng nguồn năng lượng từ bên ngồi. Nó thường được sử dụng trong các
xe có tải trọng vừa và lớn
1.1.2. Phân loại

1


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Tuỳ thuộc yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành các loại sau:
 Theo cách bố trí vành lái
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ô tô)

được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt Nam và một số
nước khác.
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ô tô)
được dùng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuỵ
Điển, …
 Theo số lượng cầu dẫn hướng
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau.
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.
 Theo kết cấu của cơ cấu lái
- Cơ cấu lái loại trục vít – bánh vít.
- Cơ cấu lái loại trục vít – cung răng.
- Cơ cấu lái loại trục vít – con lăn.
- Cơ cấu lái loại trục vít – chốt quay.
- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng).
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ – thanh răng.
 Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hố
- Hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực.
- Hệ thống lái có trợ lực khí nén.
- Hệ thống lái có trợ lực liên hợp.
1.1.3. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
+ Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vơ lăng ở vị trí
trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 15 0 khi có trợ
lực và khơng lớn hơn 50 khi khơng có trợ lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Khơng có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc
và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vịng thật ngoặt, trong một khoảng

thời gian ngắn, trên một diện tích bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe khơng bị trượt lê gây mịn lốp,
tiêu hao cơng suất vơ ích và giảm tính ổn định của xe.

2


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp
chướng ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng
(Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N;
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn
hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay
của vơ lăng và của bánh xe dẫn hướng.

1.2.

Tính dẫn của ơ tơ hướng

Tính dẫn hướng của ơ tơ là khả năng giữ được hướng chuyển động của ô tơ theo
góc quay vành lái khi chịu tác dụng của các lực và mơmen ngoại cảnh. Khi thực hiện
quay vịng thì yêu cầu đặt ra đối với hệ thống lái là phải đảm bảo động lực chuyển
động và quay vòng xe, người lái quay vành tay lái thông qua dẫn động lái và cơ cấu lái
làm bánh xe dẫn hướng quay đi một góc.
Quỹ đạo chuyển động của ơ tơ liên quan đến tính dẫn hướng của xe. Sự chuyển
động của ôtô trên đường phụ thuộc vào rất nhiều mối quan hệ của bánh xe với nền
đường. Khi chuyển động trên các đường xá khác nhau cùng với việc sử dụng lốp đàn

hồi đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như độ ổn định của ô tơ.
Khi đó, tại bánh xe ln xuất hiện góc lăn lệch (biến dạng bên) do chịu đồng thời lực
kéo và lực bên. Hình 1.2 thể hiện biến dạng của lốp khi chịu tác động của lực ngang,
biến dạng bên này làm sai lệch quỹ đạo chuyển động. Để khắc phục hiện tượng này thì
trong hệ thống lái cần phải bố trí cơ cấu để bù được sự biến dạng của lốp.

.
Hình 1.2: Biến dạng của lốp
. Đối với hệ thống lái trên ôtô một trong những đặc điểm khác so với hệ thống
lái lắp trên các phương tiện khác là sau khi thực hiện quay vịng, người lái khơng cần
tác động lực lên vành lái mà các bánh xe dẫn hướng có khả năng tự động quay về

3


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
trạng thái chuyển động thẳng. Điều này được thực hiện nhờ mômen trả lái về M sat,
mômen này xuất hiện đầu tiên là do các quan hệ hình học trong hệ thống lái, đặc biệt
là góc Caster được thể hiện trên hình 1.3, sau đó là do khi quay vịng xuất hiện lực
ngang, lực ngang này làm biến dạng lốp cao su, sự biến dạng đàn hồi này làm cho xuất
hiện mômen để lốp trở về trạng thái ổn định.

Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster
Để tăng tính an tồn chuyển động, người ta tăng diện tích tiếp xúc của lốp với
mặt đường, đồng thời giảm áp suất lốp. Nhưng như vậy cũng đồng nghĩa với việc cần
phải đánh lái với một lực lớn hơn. Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và
tăng tính an tồn cho hệ thống điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ
lực lái.

1.3.

Các hệ thống có trợ lực lái

Người điều khiển
Hệ thống lái
Bánh xe
Để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và tăng tính an tồn cho hệ thống
điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ lực lái.

Trợ lực lái

4


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lái có trợ lực
Yêu cầu đặt ra đối với trợ lực là:
+ Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được.
+ Trợ lực lái phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản của mặt đường khi quay vòng.
Điều này đồng nghĩa với khả năng trợ lực cần tăng cao khi mơ men cản quay vịng lớn
và ngược lại khả năng trợ lực cần giảm khi xe chuyển động với tốc độ cao.
Hệ thống lái trợ lực trên xe hiện đại có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thủy lực,
trợ lực điện.
1.3.1. Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ trợ lực sử dụng một phần công suất động cơ
để tạo ra áp suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để
chuyển hướng chuyển động của ô tô. Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường
dầu tại van điều khiển.

Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực

5


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm dầu trợ lực (bơm cánh gạt), van điều khiển, xy lanh
lực.

Ưu nhược điểm của hệ thống:
Thông qua đặc điểm làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực ta thấy hệ thống có các
ưu điểm, nhược điểm là như sau:
+ Ưu điểm:
Với hệ thống lái trợ lực thuỷ lực đã giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so với hệ
thống lái khơng có trợ lực vì có thêm trợ lực tác động của piston-xy lanh lực lên thanh
răng do áp suất dầu của bơm trợ lực gây ra. Trong trường hợp xe bị nổ lốp hoặc xì hơi
thì hệ thống đảm bảo được an tồn về hướng trong q trình chuyển động
+ Nhược điểm:
Trong hệ thống lái trợ lực thuỷ lực, nguồn năng lượng trợ lực được tạo thành do sự
làm việc bơm dầu mà bơm dầu lại được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ, sử dụng
một phần công suất của động cơ. Trong quá trình chuyển động, ngay cả khi xe chuyển
động thẳng thì bơm dầu vẫn làm việc, điều này gây lãng phí cơng suất động cơ trong
khi hệ thống lái không cần nguồn trợ lực. Để đảm bảo được áp suất dầu trợ lực thì hệ
thống cần yêu cầu về độ kín khít cao ở trên đường ống, van do đó thường xun phải
kiểm tra sự rị rỉ dầu trong hệ thống lái. Hệ thống làm việc ồn do tiếng kêu của bơm
dầu và dầu chảy qua các đường ống, van. Ngoài ra, dầu trợ lực lái khi thải ra cịn là
nguồn chất thải gây ơ nhiểm mơi trường.

Hạn chế.
Hệ thống trợ lực thủy lực mới chỉ đáp ứng được công dụng trợ lực cho người lái điều

khiển nhẹ nhàng nên hệ thống cịn có những hạn chế sau đây:
+ Hệ thống làm việc theo 2 thông số là momen va góc quay trục lái do người điều
khiển tác dụng nên chỉ đáp ứng được mặt trợ lực mà chưa đáp ứng được tỉ số truyền
lực thay đổi theo tốc độ của xe.
+ Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực là áp suất và lưu lượng của bơm phụ thuộc vào tốc độ
động cơ. Trong trường hợp xe chuyển động ở tốc độ thấp, quay vòng ngoặt, lúc này
cần trợ lực lớn, tuy nhiên do tốc độ động cơ thấp, áp suất trong hệ thống thuỷ lực nhỏ
ảnh hưởng đến chất lượng trợ lực. Khi xe ôtô chuyển động ở tốc độ cao, lưu lượng và
áp suất của bơm trợ lực lớn, trong khi điều khiển lái ở tình trạng này lại chỉ cần yêu
cầu trợ lực nhỏ.
+ Về mặt tỷ số truyền động học bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỷ số truyền
thấp để người lái quay vòng hiệu quả và ở tốc độ cao cần có tỷ số truyền động học cao
vì lúc này mức phản ứng của xe rất nhạy nhưng hệ thống chưa đáp ứng được.
+ Trong khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều vòng.

6


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
+ Khi hệ thống trợ lực bị hỏng, lực điều khiển sẽ nặng hơn hệ thống khơng có trợ lực,
vì lúc này cịn phải thắng lực cản do dầu chuyển động trong hệ thống gây ra.
1.3.2. Hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực điện tạo mômen trợ lực nhờ môtơ trợ lực vận hành lái và
giảm lực đánh lái.

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điên bố trí trên trục lái.
1: ECU điểu khiển;
2: Mô tơ trợ lực;
3: Cảm biến mô men.
Các bộ phận cơ bản của hệ thống lái trợ lực điện:

+ ECU điều khiển: ECU tiếp nhận các thơng số tín hiệu của cảm biến mơ men,
cảm biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính tốn và điều khiển
mô tơ trợ lực
+ Mô tơ trợ lực: Mô tơ trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít – bánh
vít và được điểu khiển bằng ECU, mơ tơ có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác
nhau tùy theo mức độ đánh lái của người lái và mơ men cản quay vịng.
+ Cảm biến mơ men: cảm biến mơ men được gắn vào phía trong trục lái, dựa
vào hiệu ứng Hall để đưa ra điện áp tùy thuộc vào mô men đánh lái và mô men cản.
Điện áp ra của cảm biến sẽ được gửi vào ECU để điều khiển mô tơ trợ lực.
 Nguyên lý hoạt động:

7


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP

Hình 1.7: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện
Từ hình trên ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là ECU tiếp nhận
các tín hiệu chính: tín hiệu đưa vào từ cảm biến mơmen của trục lái và tín hiệu của
cảm biến tốc độ của xe, tín hiệu B + , chế độ khơng tải để tính tốn điều khiển mơ tơ trợ
lực phù hợp với điều kiện lái. Lực đánh lái càng lớn thì mơ tơ trợ lực càng nhiều,
nhưng mô men trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng dần.
+ Trạng thái quay vòng: khi người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiện
hiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men thay đổi điện áp
tùy theo chiều quay và độ lệch tương đối giữa hai đầu thanh xoắn sau đó truyền tín
hiệu về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính tốn
ra dịng điện điều khiển và chiều quay của mô tơ trợ lực cho phù hợp.
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không được tác động do đó khơng có hiện tượng
xoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men không thay đổi điện áp, vì thế
ECU khơng điều khiển mơ tơ trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên.

 Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện:
Ta thấy hệ thống lái trợ lực thủy lực làm việc dựa trên hai thơng số momen và góc
quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: tốc độ xe,
momen trục lái, tốc độ động cơ, chế độ khơng tải, góc quay trục lái vì vậy có nhứng
ưu điểm của hệ thống trợ lực như sau:
+ Ưu điểm;

8


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Tạo ra được tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe: Xe ở tốc
độ thấp thì tỉ số tryền nhỏ và ngược lại xe ở tốc độ cao thì tỉ số truyền lớn. là momen
trợ lực của động cơ điện được điều khiển thay đổi theo tốc độ của oto vì vậy ưu điểm
lớn nhất của hệ thống lái này là momen trợ lực của động cơ điện thay đổi phù hợp theo
tốc độ của xe.
So với trợ lực thủy lực thì hệ thống lái trợ lực điện không sử dụng bơm dầu để tạo ra
năng lượng trợ lực mà sử dụng một motor điện một chiều, do đó giảm tổn hao nhiên
liệu từ 2-3%.
Hệ thống khơng sử dụng các đường ống dẫn và van phức tạp như hệ thống lái trợ lực
thuỷ lực.
Làm việc êm hơn vì khơng có tiếng kêu của bơm trợ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn
nhưng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lượng của hệ thống được giảm đáng kể so với trợ
lực thủy lực.
Với việc sử dụng motor điện một chiều, hệ thống lái trợ lực điện dễ dàng điều
khiển được chiều quay của motor điện cũng như dễ dàng thay đổi mômen xoắn của
motor bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cấp vào motor.
Khi trợ lực điện hỏng thì lực điều khiển của người lái chỉ như xe khơng có trợ lực chứ
khơng nặng như trưởng hợp hỏng trợ lực thủy lực do có sức cản của dầu thủy lực.
+ Nhược điểm:

Kết cấu chế tạo phức tạp và có giá thành cao, chịu va đập kém.

Đánh giá:
Ngoài những ưu điểm vượt trội khi so sánh với hệ thống lái trợ lực thủy lực thì hệ
thống lái trợ lực điện đã đáp ứng được yêu cầu về tỉ số truyền lái thay đổi. Đây là một
yêu cầu rất quan trọng và đặc biệt là đối với các xe ôtô hiện đại ngày nay. Nhờ việc dễ
dàng thay đổi tỉ số truyền lái mà hệ thống lái trợ lực điện giúp nâng cao tính năng an
tồn chuyển động của xe khi xe đi ở tốc độ cao, ngoài ra hệ thống còn giúp cho người
lái dễ dàng điều khiển xe khi xe đi vào những đường hẹp, yêu cầu quay vịng với bán
kính nhỏ.

9


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI XE HONDA CIVIC
2.1. Đặc điểm kỹ thuật của xe Honda Civic
Bảng 2.1: Bảng các thông số kỹ thuật của xe Honda Civic

STT Thông số

Trị số và đơn vị

1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
12

Loại động cơ
Trọng lượng khơng tải
Trọng lượng tồn tải
Hộp số
Kiểu xi lanh
Dung tích xi lanh
Chiều dài cơ sở
Chiều dài toàn bộ
Chiều cao của xe
Chiều rộng của xe trước/sau
Chiều rộng cơ sở
Khoảng cách sáng gần xe

13
14

Bán kính quay vịng tối thiểu
Dung tích bình nhiên liệu

1.8L AT
1240 KG
1615 KG
5 số tự động
1.8 lít siêu tăng áp

1799 cc
2700 mm
4525 mm
1450 mm
1500x1530 mm
1755 mm
170 mm
5.8 m
50 lít

Phanh - Giảm sóc - Lốp xe
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

35
36
37

Phanh trước
Phanh sau
Giảm xóc trước
Giảm xóc sau
Lốp xe
Vành mâm xe
Động cơ
Đường kính xi lanh
Hành trình pit-tơng
Tỉ số nén
Tăng tốc từ 0-100 Km
Tốc độ tối đa
Hệ thống lái
Kiểu lái
Momen xoắn cực đại
Công suất cực đại
Loại nhiên liệu
Hệ thống nạp nhiên liệu
Mức tiêu hao nhiên liệu
Tiêu chuẩn khí thải
Số cửa
Số chỗ ngồi

Đĩa tản nhiệt
Phanh đĩa
Độc lập/lò xo

Tay đòn kép/lò xo
195 / 65R15 / 2.1
Lazang đúc-15 inch
4 xi lanh thẳng hàng SOHC i-VTEC
81 mm
87.3 mm
12:1
10 (s)
200 (km/h)
Dẫn động cầu trước
Trợ lực điện tử
174/4300 Nm
103/6300 Kw/rpm
Xăng
EFI: Phun nhiên liệu điện tử
10 lít/100Km
EURO 3
4
5

10


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
2.2. Tính tốn động lực học
Việc tính tốn động lực học là nhằm mục đích phân phối tỷ số truyền của cơ
cấu lái, làm tăng độ tin cậy cho ô tô khi tham gia giao thông, đông thời làm phù hợp
với tốc độ của ơ tơ.
2.2.1. Tính mơmen cản quay vịng
Mơmen cản quay vòng của bánh xe dẫn hướng được xác định khi ô tô quay

vòng trên đường nhựa khô và đủ tải. Mơmen cản quay vịng lớn nhất khi xe chạy trên
đường xấu, mặt đường nghiêng hoặc xe quay vịng tại chỗ.
Mơmen cản quay vịng được xác định theo cơng thức:
M c  M 1 M 2  M 3 .

1


(2 - 1)

Trong đó:
Mc – mơmen cản quay vịng tổng cộng;
M1 – mơmen cản quay vịng do lực cản lăn gây ra;
M2 – mơmen cản quay vịng khi có lực ngang Y;
M3 – mômen ổn định gây nên bởi độ nghiêng ngang  của trụ quay
đứng.
2.2.2. Xác định mơmen cản quay vịng M1 do lực cản lăn gây ra
Mơmen cản quay vịng M1 sinh ra là do trong q trình quay vịng mômen này gây nên
bởi lực cản lăn của bánh xe với mặt đường. Mơmen này tác động lên địn quay, qua cơ
cấu lái tác dụng lên vành tay lái. Về trị số nó được xác định bằng cơng thức sau:
M1 = Gbx.f.e
(2 - 2)

11


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP

Hình 2.1: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng
Trong đó:

Gbx – tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng
Gbx=Gxe/4=1240/4=310 KG
f – hệ số cản lăn, chọn f = 0,02
e – cánh tay đòn lăn của bánh xe dẫn hướng, e=130 mm = 0,13 m.
Vậy ta có: M1 = 310 . 0,02 . 0,13 = 0,806 (KG.m)
2.2.3. Xác định mômen cản M2 do các lực ngang gây ra
Khi quay vòng sẽ xuất hiện lực ngang Y. Tổng hợp các lực thành phần của lực
ngang sẽ dịch chuyển về phía sau so với tâm vết tiếp xúc một đoạn là x. Giá trị của x
thừa nhận bằng 1/4 chiều dài vết tiếp xúc.

r

0

rbx
x
Y
Hình 2.2: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi quay vịng
Vậy ta có cơng thức sau:
x 0,5 r 2  Rbx2

(2-3)

Trong đó:
r – bán kính tự do của bánh xe, r   B  d / 2
Với bánh xe có cỡ lốp là: 195/65R15 / 2.1
Víi B lµ chiỊu cao lèp : B = 0,65.195 =126,75 (mm)
Với d là đờng kính vành bánh xe : d = 15 (ins) = 15.25,4 =
381 (mm)
 r=(126,75+381/2)= 317,25 (mm)

Rbx – bán kính làm việc của bánh xe

12


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
Rbx =  . Ro
Với:  - hệ số biến dạng lốp, chọn  = 0,93
Ro – với lốp áp suất thấp
Vậy ta có:
Rbx=0,93.317,25=295 (mm)
Thay các giá trị váo cơng thức (2 - 6) ta có:
x=0.5.

=58,36 (mm)=0,05836 (m)

Mơmen cản M2 do bánh xe trượt lê được tính theo cơng thức:
M2 = Gbx . Y . x

(2 - 4)

Trong đó:
Y – hệ số bám ngang, chọn Y = 0,7
Vậy ta có: M2 = 310 . 0,7 . 0,05836 = 12,66 (KG.m)
Để làm ổn định các bánh xe dẫn hướng, người ta làm các góc đặt bánh xe:
 - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe
 - góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe
 - góc chụm của bánh xe dẫn hướng
 - góc nghiêng của bánh xe dẫn hướng.
Tất cả các góc này để làm ổn định cho hệ thống lái nhưng chung lại làm xuất hiện

mơmen cản M3. Trong tính tốn giá trị mômen cản M3 được kể đến bởi hệ số .
Như vậy, tổng mơmen quay vịng của bánh xe dẫn hướng được xác định bằng công
thức:
2( M 1  M 2 ) 
Mc 
(2 – 5)

Trong đó:
 - hệ số tính đến ảnh hưởng của M 3 do đầu trước của ô tô bị nâng lên
khi lái,  = 1,07  1,15. Ta chọn  = 1,1.
 - hiệu suất tính đến tiêu hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối
trong chuyển động lái, với xe thiết kế có một cầu dẫn hướng ở phía trước,  = 0,05 
0,7. Ta chọn  = 0,7.
Thay toàn bộ các giá trị trên vào công thức (3 – 8) ta có:
Mc=

=42,32 KG.m

13


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP

Vậy Mc =42,32 KG.m
2.2.4. Tính mơmen cản quy dẫn tới vành tay lái
Ta có cơng thức:

M cvl 

Mc

ic .i d . t

(2 – 6)

Trong đó:

Mcvl – mơmen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
ic – tỷ số truyền cơ cấu lái, ic = 23,4
id – tỷ số truyền của dẫn động lái, chọn id=0,95
t - hiệu suất thuận của cơ cấu lái, chọn t = 0,72.
Thay các giá trị trên vào cơng thức (2 – 9), ta có:
Mcvl=

=

=2,64 (KG.m)

Vậy Mcvl = 2,64 KG.m
* Lực tác dụng lớn nhất của người lái lên vành tay lái khi chưa có trợ lực:
M cvl

Pvl max = R
vl

(2 – 7)

Với: Rvl – bán kính vành tay lái, Rvl = 0,25 m
Mcvl – mômen cản lớn nhất quy dẫn tới vành tay lái
Mcvl = 2,76 KG.m
Vậy ta có:

Pvlmax=

=

=10,56 (KG)

Như vậy, lực của người lái tác dụng lên vành tay lái để điều khiển xe là rất lớn,
sẽ gây mệt mỏi cho người lái. Vì vậy, để khắc phục nhược điểm trên cần thiết phải cải
tiến hệ thống lái cơ khí thành hệ thống lái có cường hố. Nhằm mục đích để giảm sức
lao động nặng nhọc cho người lái xe, đồng thời tăng sức cơ động của ơ tơ đảm bảo an
tồn khi chuyển động.

2.3. Tính tốn bộ truyền cơ cấu lái
2.3.1. Xác định bán kính vịng lăn của bánh răng
Để xác định được bán kính vịng lăn của bánh răng ta có thể thực hiện theo các
phương pháp sau:

14


EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
+ Chọn trước đường kính vịng lăn của bánh răng từ đó tính ra vịng quay của
bánh răng có phù hợp khơng. Có nghĩa là ứng với số vịng quay (n) nào đó thì thanh
răng phải dịch chuyển được một đoạn X1 = 84,78 (mm).
+ Chọn trước số vòng quay của vành lái rồi sau đó xác định bán kính vịng lăn của
bánh răng. Đối với cơ cấu lái loại bánh răng - thanh răng thì số vịng quay của vành lái
thì cũng là số vòng quay của bánh răng.
Dựa vào xe tham khảo, chọn số vịng quay về 1 phía của vành lái ứng với bánh xe
quay là n = 1,5 vòng.
Ta có cơng thức

X1 = 2Rn
( 2.8)
Suy ra: R =

X1
= 9 mm.
2 1.5

2.3.2. Xác định các thơng số của bánh răng
Tính số răng theo tài liệu chi tiết máy.
mn Z

Dc = cos 

( 2.9)

Trong đó:
Dc : Đường kính vịng chia: Dc = 2R = 2.9 = 18 (mm ).
mn : Môdun pháp tuyến của bánh răng, chọn theo tiêu chuẩn mn = 2,5.
 : Góc nghiêng ngang của bánh răng, chọn sơ bộ góc nghiêng  = 120.
Từ cơng thức (2.20) ta suy ra số răng của bánh răng :

Dc cos  18.cos120
Z

 7, 0
mn
2,5
Chọn số răng Z = 7 răng.
Tính chính xác lại góc nghiêng, ta có :

Cos =

Zmn
7.2,5
=
= 0,97
Dc
18

Suy ra  = arccos 0.972 = 140
Môdun ngang của bánh răng :
mt 

mn
2.5
=
= 2.57
cos 
cos140

Số răng tối thiểu:
Zmin = 17cos3 = 17.cos3140 = 12,78
Lấy Zmin=13
Như vậy Zmin = 13 >7 do vậy có hiện tượng cắt chân răng nên phải dịch chỉnh,
ta chọn kiểu dịch chỉnh đều  = 0.
Xác định hệ số dịch chỉnh br theo công thức :

15

EBOOKBKMT.COM – HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
=

13  Z
13  6
=
= 0,538
13
13

Từ đó ta tính được các thơng số của bộ truyền bánh răng :
+ Đường kính vịng đỉnh:
Dd = Dc+2mn(1+ ) = 18 +2.2,5(1+ 0,538) = 25,7 mm.
+ Đường kính chân răng:
Df =Dc- 2mn(1.25- )=18-2.2,5(1,25- 0,538) =14,44 mm.
+ Góc ăn khớp của bánh răng được chọn theo chi tiết máy  = 200.
+ Đường kính cơ sở của bánh răng:
D0 = Dc. cos = 18.cos(200) = 16.91mm.
+ Chiều cao răng :
h= (hf’ + hf” )m =(1 +1.25)2,5 = 5,625mm.
+ Chiều cao đỉnh răng:
h’ = (f’ + ) m = (1+ 0.538) 2,5 = 4,12 mm.
+ Chiều dày của răng trên vòng chia:
S = m/2 + 2 mtg
= 3,14.2,5/2 + 2.0,538.2,5.tg200 = 4,9 mm
2.3.3. Xác định kích thước và thơng số của thanh răng
Đường kính của thanh răng được cắt tại mặt cắt nguy hiểm nhất:
d= 3

Mx

0, 2   x 

( 2.10)

Trong đó:

  x  : ứng suất tiếp xúc cho phép tại tiết diện nguy hiểm nhất.
Lấy   x  = 16.107 N/m2.
Mx: Mô men xoắn gây lên sự nguy hiểm ở thanh răng, chính bằng
mơmen cản quay vịng từ bánh xe:
Mx = Mc = 42,32 Nm
Thay các thông số vào công thức (2.23) ta được :
d=

3

Mx
0, 2   x  =

=0,011 m = 11 mm

Chọn d = 11 mm
Chiều dài đoạn làm việc của thanh răng :
L = 2X1 = 2.84.78 = 169,56 mm
Mặt khác ta có:

16