Tải bản đầy đủ
2 Hệ thống lái cơ học loại cường hóa ( có trợ lực ) :

2 Hệ thống lái cơ học loại cường hóa ( có trợ lực ) :

Tải bản đầy đủ

+ Giảm nhẹ cường độ lao động của người lái khi quay vòng xe, người lái chỉ cần
tác động lên vành tay lái một momen nhỏ hơn so với trường hợp hệ thống lái không
có trợ lực.
+ Nâng cao tính an toàn trong trường hợp có sự cố ở bánh xe (như nổlốp , bánh xe
non hơi, vv ) vì trong những trường hợp như vậy việc điều khiển xe sẽ không quá
khó khăn như trường hợp không có trợ lực .
+ Giảm va đập từ các bánh xe lên vành tay lái .
Ở các xe đời cũ hệ thống trợ lực lái chủ yếu là hệ thống lái trợ lực thủy lực, do vậy
tôi chỉ giới thiệu hệ thống trợ lực thủy lực
1.2.2 Bộ trợ lực thủy lực :

Hình:.1.4 Sơ đồ hệ thống trợ lực thủy lực
1- Vành tay lái; 2- Van điều khiển; 3- Bơm dầu;
4-Bình dầu; 5- Thanh răng; 6- Pittông trợ lực

8

1.2.3. :Cấu tạo bộ trợ lực thủy lực:

Hình:.1.4 . Bộ trợ lực thủy lực
Ở hệ thống này thanh răng được thiết kế hơi khác so với hệ thống lại thường
một chút. Một phần của thanh răng có chứa một xilanh và một piston luôn ở vị trí
giữa. Piston được nối với thanh răng. Có hai đường ống dẫn chất lỏng ở hai bên của
piston ( thường là dầu không chịu nén ). Một dòng chất lỏng có áp suất cao sẽ được
bơm vào một đầu đường ống để đẩy piston dịch chuyển hỗ trợ thanh răng dịch
chuyển . Như vậy khi ta đánh lái sang bên nào thì cũng có sự hỗ trợ của hệ thống
thủy lực sang bên đó.

Hình:.1.5. Cấu tạo thanh răng

9

1- Con trượt phân phối; 2- Thanh răng
1.2.4. Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực lái thủy lực:
Khi xoay vành tay lái, sự cản trở gây ra bởi trọng lượng xe và sự ma sát giữa
bánh xe và mặt đường gây ra sự xoắn trên thanh xoắn làm van xoay bị lệch. Sự thay
đổi vị trí của van xoay dẫn hướng cho dầu chảy đến đúng đầu của xilanh lực. Sự
khác nhau về áp lực dầu trên hai mặt piston làm thanh răng dịch chuyển nhờ vậy
giảm được lực lái. Đầu bên kia của xilanh lực sẽ bị đẩy về bình chứa của bơm. Khi
ngừng xoay vành tay lái, lực xoắn của thanh xoắn sẽ đẩy van xoay về vị trí trung
tâm, áp lực cân bằng trên hai mặt piston, lúc này bánh xe trở về vị trí thẳng đứng.
Lượng dầu ở hai đường ống được điều khiển bằng van quay.
1.2.5. Van điều khiển ( van quay ):
- Cấu tạo van quay:

H.ình:6.Sơ đồ kết cấu van quay
Chi tiết chính của van quay là thanh xoắn. Thanh xoắn là một thanh kimloại
mỏng có thể xoắn được khi có một momen tác dụng vào nó. Đầu trên của thanh

10

xoắn nối với trục lái còn đầu dưới nối với bánh răng hoặc trục vít tùy thuộc vào
kiểu hệ thống lái, vì vậy toàn bộ momen xoắn của thanh xoắn cân bằng với tổng
momen của người lái sử dụng để àlm đổi hướng bánh xe. Momen người lái tác động
càng lớn thì mức độ xoắn của thanh càng nhiều. Đầu vào của trục tay lái là một
thành phần bên trong của khối van hình trụ ống . Nó cũng nối với đầu mút phía trên
của thanh xoắn. Phía dưới thanh xoắnnối với phía ngoài của van ống. Thanh xoắn
cũng làm xoay đầu ra của cơ cấu lái,nối với bánh răng hoặc trục vít phụ thuộc vào
kiểu hệ thống lái.
1.2.6. Nguyên lý hoạt động của van quay:
Khi người lái xoay vành tay lái thi sẽ làm cho thanh xoắn bị vặn đi, nó làm bên
trong van ống xoay tương đối với phía ngoài. Do phần bên trong của van ống cũng
được nối với trục lái nên tổng số góc quay giữa bên trong và bên ngoài của van ống
phụ thuộc vào người lái xoay vành tay lái. Khi vành tay lái không có tác động, cả
hai đường ống thủy lực đều cung cấp áp suất như nhau cho cơ cấu lái. Nhưng nếu
van ống được xoay về một bên, các đường ống sẽ được mở để cung cấp dòng cao áp
cho đường ống phía bên đó.

11

1.2.7. Bơm thủy lực :
1.2.7.1. Cấu tạo bơm thủy lực:

Hình:.1.7 Kết cấu bơm trợ lực kiểu cánh gạt
Để cung cấp cho hệ thống thủy lực hoạt động hỗ trợ cho hệ thống lái, người ta
sử dụng một bơm thủy lực kiểu cánh gạt .Bơm này được dẫn động bằng momen của
động cơ nhờ truyền động puli-đai. Nó bao gồm rất nhiều cánh gạt vừa có thể di
chuyển hướng kính trong các rãnh của một roto.
1.2.7.2. Nguyên lý hoạt động của bơm trợ lực thủy lực:
Khi roto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt này bị văng ra và tì sát vào
một không gian kín hình ôvan. Dầu thủy lực bị kéo từ đường ống có áp suất thấp và
bị nén tới một đầu ra có áp suất cao. Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc vào tốc
độ của động cơ. Bơm luôn được thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động
cơ chạy không tải, và do vậy nó sẽ cung cấp quá nhiều dầu khi động cơ hoạt động ở

12

tốc độ cao. Để tránh quá tải cho hệ thống ở áp suất cao, người ta lắp đặt cho hệ
thống một van giảm áp. Khi áp suất dầu quá lớn thì dầu sẽ mở van giảm áp và cho
dầu chạy về khoang chứa dầu. Để cung cấp cho hệ thống thủy lực hoạt động hỗ trợ
cho hệ thống lái, người ta sử dụng một bơm thủy lực kiểu cánh gạt .Bơm này được
dẫn động bằng momen của động cơ nhờ truyền động puli-đai.
1.3. Đánh giá về hệ thống lái trợ lực không dùng điện tử :
Hệ thống lái trợ lực không dùng điện tử đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của hệ
thống lái. Giảm được lực tác dụng lên vành tay lái khi quay vòng xe , tạo cảm giác
thoải mái cho người lái. Độ tin cậy cao , khi bộ trợ lực bị hỏng hóc thì hệ thống lái
vẫn hoạt động bình thường như trường hợp không có trợ lực. Nhưng hệ thống này
chỉ giúp được lái xe về lực vần tay lái , hệ thống trợ lực phụ thuộc nhiều vào tốc độ
của động cơ sẽ tốn nhiên liệu và không ổn định khi xe chuyển động ở tốc độ cao , .
1.4. Khái niệm hệ thống lái tích cực :
Hệ thống lái cơ khí cũng như hệ thống lái có trợ lực trên ô tô đã đáp ứng
được các yêu cầu cơ bản của hệ thống lái. Với sự phát triển của khoa học công
nghệ , đặc biệt là công nghệ thông tin, sự đòi hỏi ngày càng cao của người tiêu
dùng cũng như sự cạnh tranh khốc liệt của các hãng xe trên thế giới mà các hệ
thống trên xe ô tô không ngừng được cải tiến và hoàn thiện . Trong những năm gần
đây hệ thống lái mới được một số hãng xe, nhà chế tạo , sản xuất xe chú ý tới và cải
tiến. Hệ thống lái được cải tiến từng bước từ hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển
bằng điện tử, hệ thống lái cơ khí trợ lực bằng điện , hệ thống lái bằng dây.
Những hệ thống lái này được goi là hệ thống lái tích cực bởi vì ngoài nhưng
đảm bảo cơ bản của hệ thống lái thường , hệ thống lái trợ lực thuần túy , hệ thống
lái tích cực còn có những tính năng ưu việt nổi trội mà các hệ thống lái trước đây
không có được. Một số ưu việt nổi bật đó là :
-Hệ thống lái tích cực là hệ thống lái có khả năng tạo ra lực đẩy phụ hỗ trợ lái
xe quay vành tay lái khi quay vòng.
-Việc điều khiển xe không hoàn toàn phải phụ thuộc vào người lái nữa ,bộ trợ
lực lái điều khiển bằng điện tử sẽ hỗ trợ một phần trong việc điều khiển xe, đặc biệt

13

là lúc xe chạy với tốc độ cao thì việc điều khiển xe sẽ khó hơn, lúc này bộ trợ lực
điện tử sẽ tự động điều chỉnh để cho xe có thể chạy được bình thường giảm căng
thẳng cho người lái, và nâng cao độ an toàn cho người và xe.
- Hệ thống có thể thay đổi tỷ số truyền động lái một cách phù hợp
-Tiết kiệm được năng lượng của động cơ ,
- Hệ thống trợ lực lái không phụ thuộc vào tốc độ của động cơ đặc biệt khi ở tốc
độ thấp,cần năng lượng trợ lực lớn và ngược lại , điều này không thể thực hiện được
ở các hệ thống lái trước đây
- Có thể điều chỉnh tự động góc lái một cách phù hợp khi hệ thống mất an toàn
- Có thể lập trình một phần hoặc toàn bộ những chế độ tự động lái như vào bãi đậu
xe, xe đi theo đoàn , xe đi theo bản đồ v.v.
- Có thể tích hợp với các hệ thống khác để điều chỉnh hệ thống lái một cách phù
hợp, ổn định và an toàn
- Cố thể nhận dạng trạng thái tam lý cũng như sức khỏe của lái xe để có những xử
lý hiệu quả an toàn .v.vvv
- Hệ thống lái tích cực còn có kết cấu gọn nhẹ hơn, dễ bố trí hơn, ít hỏng hóc hơn,
an toàn và tiện nghi hơn hẳn các hệ thống lái truyền thống trước đây.
Chính vì những ưu điểm nội trên mà hệ thống lái tích cực đã được nghiên cứu, thử
nghiệm và đã được áp dụng vào hầu hết các xe ô tô hiện đại dược sản xuất trong
những năm gần đây. Đặc biệt là quá trình thử nghiệm và ứng dụng hệ thống lái bằng
dây trên xe ô tô
Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử :

14

Hình : 1.8 Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử
1.5. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC
Hệ thống lái trên xe ô tô được ra đời cùng với sự ra đời của xe ô tô, trong đó Cột
mốc quan trọng nhất trong lịch sử thiết kế ô tô là sự ra đời của động cơ chạy xăng,
dầu vào năm 1885-1886 do công của hai nhà phát minh Gottlieb Daimler và Karl
Benz, đồng thời là phát minh động cơ đốt trong 4 thì của Nicolaus August Otto năm
1876, mở ra thời kì phát triển của những chiếc ô tô hiện đại ngày nay. Sự hoàn
thiện của động cơ thời kỳ này kéo theo sự phát triển và thay đổi của thiết kế mẫu
mã, kiểu dáng và cấu tạo của xe.
Trong giai đoạn này chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng nhu cầu sử dụng ô tô
và ngành thiết kế xe bắt đầu được mùa phát triển. Một loạt những mẫu thiết kế mới
về mẫu mã và kiểu dáng phong phú, đa dạng xuất hiện. Chiếc xe Mercury và một số
mẫu xe Ford tung ra thị trường năm 1949 dấy lên một phong cách thiết kế mới với
thân xe cao, gầy và diện mạo hoàn toàn khác so với những mẫu xe của những năm
1930, 1940 trước đó. Một cải tiến đáng chú ý khác trong thời kì này do hãng

15

Hudson (Mỹ) đưa ra là mẫu xe có gầm thấp khiến trọng lượng xe thấp đi và độ bám
đường cho thân xe tăng lên.
Một cột mốc quan trọng trong việc cải tiến hệ thống lái trên xe ô tô đó là cải
tiến hệ thống lái cơ khí sang hệ thống lái trợ lực, nó đã giúp cho lái xe điều khiển
xe nhẹ nhàng hơn , an toàn và thoải mái hơn rất nhiều so với hệ thống lái cơ khí
thuần túy trước đây. Đó là vào năm 1951 , Francis Davis và George Jessup phát
minh ra hệ thống lái trợ lực và được trang bị đầu tiên cho xe Imperial của Chrysler.
Và từ đó cho đến cuối thập niên 80 sự phát triển các mẫu xe chủ yếu phụ thuộc
vào tình hình kinh tế thế giới và phần lớn là phần động cơ , hệ thống nhiên liệu và
phanh .v.v.v
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ô tô theo một chiều hướng mới dựa
vào sự phát triển của công nghệ thông tin , trong đó quan trọng nhất đó là cơ điện tử
Cơ điện tử là một giai đoạn tự nhiên trong quá trình phát triển mạnh mẽ của
kỹ thuật thiết kế hiện đại. Sự phát triển của máy tính, tiếp theo là máy vi tính,
máy tính nhúng,cùng với sự phát triển của côngnghệ thông tin và công nghệ
phần mềm đã khiến cho Cơ điện tử trở thành một yêu cầu cấp thiết trongnửa cuối
thế kỷ 20. Sang thế kỷ 21, với những tiến bộ đã được dự báo trong các hệ
cơ-điện-sinh học,máy tính lượng tử, hệ pico và nano cùng những phát triển khác,
tương lai của Cơ điện tử sẽ đầy tiềmnăng và triển vọng.
Sự phát triển của Cơ điện tử hiện đại đóng góp rất lớn cho sự phát triển của
ôtô. Đến tận thập niên 1960, chỉ có rađiô là thiết bị điện tử đáng kể duy nhất trong ô
tô. Tất các các chức năng khác thuầntúy mang tính cơ khí hoặc điện ví dụ như động
cơ khởi động và hệ thống nạp ắc quy. Không hề có một“hệ thống an toàn thông
minh” nào, ngoại trừ việc tăng kích cỡ đệm giảm chấn và các phần tử kết cấu để
bảo vệ hành khách trong trường hợp xảy ra tai nạn. Vào đầu thập niên 1960, dây an
toàn ra đời nhằmtăng độ an toàn cho người sử dụng và được vận hành hoàn
toàn cơ khí. Tất cả hệ thống động cơ được điều khiển bởi người lái và hoặc
các hệ điều khiển cơ khí khác. Chẳng hạn, trước khi có sự xuất hiện củacác cảm
biến và vi điều khiển, bộ phân phối cơ khí được dùng để lựa chọn buji

16

đánh lửa khi hỗn hợp nhiên liệu-không khí được nén lại. Thời gian ấn định
cho việc đốt cháy nhiên liệu chính là biến điều khiển. Quy trình đốt cháy
được điều khiển cơ khí không phải là tối ưu đứng trên phương diện tiết kiệm nhiên
liệu. Mô hình quá trình đốt cháy nhiên liệu chỉ ra rằng, để tăng hiệu quả
nhiên liệu, tồn tại mộtthời điểm tối ưu để đốt nhiên liệu. Thời điểm này phụ
thuộc vào tải, tốc độ, và các đại lượng có thể đo khác. Hệ thống đánh lửa điện tử là
một trong những hệ Cơ điện tử đầu tiên được ứng dụng trong ngành công nghiệp ô
tô vào cuối thập niên 1970. Hệ thống đánh lửa điện tử bao gồm bộ cảm
biến vị trí trụckhuỷu, bộ cảm biến vị trí trục cam, tốc độ luồng khí, vị trí van tiết
lưu, tốc độ thay đổi vị trí van tiết lưu của bộ cảm biến, bộ vi điều khiển quyết định
thời điểm buji đánh lửa. Những ứng dụng ban đầu chỉ gồm một cảm biến hiệu
ứng Hall nhằm xác định một cách chính xác vị trí của rôto trong bộ phân
phối. Những ứng dụng sau này đã loại bỏ hoàn toàn bộ phân phối và dùng trực tiếp
bộ vi xử lý để điều khiểnquá trình đốt cháy.Vào cuối thập niên 1970, hệ thống
phanh chống bó (ABS - Antilock Brake System) được ứng dụngtrong các ô tô. Hệ
thống ABS hoạt động thông qua việc phát hiện ra hiện tượng khóa cứng của bấtkỳ
bánh xe nào, sau đó điều chỉnh áp suất thủy lực cần thiết để giảm thiểu
hoặc loại bỏ sự trượt. Hệ thống điều khiển sức kéo (TCS - Traction Control
System) được ứng dụng trong các ô tô vào cuối thậpniên 1990. Hệ thống TCS hoạt
động thông qua việc phát hiện ra sự trượt trong quá trình tăng tốc và sauđó điều
chỉnh công suất truyền cho bánh xe đang trượt. Quá trình này đảm bảo cho xe có thể
tăng tốc vớivận tốc lớn nhất có thể với điều kiện về đường và xe cho trước.
Hệ thống điều khiển động lực ô tô (VDC - Vehicle Dynamics Control) được ứng dụng
trong ôtô vào cuối những năm 1990. VDC hoạt động tương tự TCS với việc thêm một cảm
biến tốc độ lệch và cảm biến gia tốc ngang. Mục đích của bánh xe phát động được
xác định bởi vị trí bánh lái và tiếp theo được so sánh với hướng thực tế của
chuyểnđộng. Sau đó, hệ thống TCS được kích hoạt để điều khiển công suất truyền
cho bánh xe và điều khiểnvận tốc ô tô cũng như giảm thiểu sự khác nhau giữa
hướng bánh lái và hướng chuyển động của ô tô . Trong một số trường hợp, ABS

17

được dùng để giảm tốc độ của ô tô để thực hiện việc điều khiển như mong muốn.
Trong các ô tô hiện nay, các CPU 8, 16, hay 32-bit được dùng để vận hành
các hệ điềukhiển khác nhau. Bộ vi điều khiển này có bộ nhớ (EEPROM/EPROM), các đầu
ra số và tương tự, các bộ biến đổi A/D, bộ điều chế độ rộng xung (PWM), các chức
năng thời gian, ví dụ dùng để đếm sựkiệnvàđo độ rộng xung, các đầu ra ưu tiên, và
trong một số trường hợp xử lý tín hiệu số. Bộ xử lý 32-bit đượcdùng để quản lý
động cơ, điều khiển truyền động, và các túi khí; bộ xử lý 16-bit dùng cho ABS,
TCS,VDC, cụm thiết bị, và các hệ thống điều hoà không khí; bộ xử lý 8-bit dùng
cho điều khiển ghế, gươngvà các hệ thống nâng hạ cửa. Ngày nay, có khoảng 30 –
60 bộ vi điều khiển trong một chiếc ô tô. Điềunày sẽ càng tăng lên nhờ việc môđun
hóa các hệ cơ điện tử con trong tương lai.Cơ điện tử đã trở thành yếu tố để phân
biệt giữa các ô tô. Kể từ khi khái niệm cơ bản về động cơ đốt trong được đưa ra
cách đây gần một thế kỷ, các điểm khác nhau trong thiết kế động cơ cho xe hơi
khôngcòn là dấu hiệu nhằm phân biệt các loại ôtô khác nhau. Trong những năm
1970, các nhà chế tạo NhậtBản đã thành công trong việc tạo dựng một chỗ
đứng vững chắc trên thị trường xe hơi Mỹ bằng việc chào bán các xe hơi nhỏ
tiết kiệm năng lượng với chất lượng không thua kém các loại xe khác. Trongsuốt
thập niên 1980, chất lượng của xe là dấu hiệu phân biệt các sản phẩm. Trong những
năm 1990, chấtlượng và độ tin cậy của ô tô là những gì mà người tiêu dùng mong
đợi từ phía các nhà sản xuất. Ngày nay, trở thành dấu hiệu phân biệt sản phẩm trong
những hệ cơ khí truyền thống này. Điều này được thúc đẩy hơn nữa bởi tỷ lệ giá trị
thực hiện cao hơn của các thiết bị, nhu cầu của thị trường về các sản phẩm sáng tạo
với những đặc tính thông minh, và bởi những cố gắng giảm chi phí sản xuất các
sản phẩm thông qua việc tái thiết kế các phần cơ điện tử cấu thành. Do tốc
độ dự báo tăngtrưởng thấp (2 - 3%), các hãng chế tạo xe hơi đang ra sức nghiên
cứu các đặc tính công nghệ cao giúp phân biệt sản phẩm của họ với sản phẩm của
các hãng khác . Lượng giao dịch trên thị trường các thiết bị điện tử ô tô ở Bắc Mỹ
hiện đạt giá trị khoảng 20 tỷ $, và hy vọng sẽ đạt 28 tỷ $ vào năm 2004. Những ứng
dụng mới của các hệ Cơ điện tử trong ngành công nghiệp ô tô bao gồm các ô tô bán

18