Giáo trình Kết cấu khung gầm ô tô

o đẳng . Bao gồm các nội dung cụ thể như sau: Phần 1: CÔNG DỤNG - CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG KHUNG GẦM ÔTÔ I. Cấu tạo chung Ôtô II. Những yêu cầu chung đối với Ôtô III. Các cách bố trí hệ thống truyền lực trên Ôtô Phần 2: HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Chương 1: BỘ LY HỢP 1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại. 1.2. Cấu tạo ly hợp: 1/. Ly hợp ma sát loại một đĩa 2/. Ly hợp ma sát loại nhiều đĩa 3/. Ly hợp ma sát có lò xo hình đĩa 4/. So sánh giữa lò xo xoắn và lò xo hình đĩa 5/. Ly hợp và biến mô thủy lực III. Cơ cấu điều khiển ly hợp Chương 2: HỘP SỐ I. Công dụng, yêu cầu, phân loại. II. Truyền động bánh răng III. Cấu tạo các loại hộp số chính thông dụng: 1/. Hộp số 3 tiến 1 lùi, loại 2 trục 2/. Hộp số 3 tiến 1 lùi, loại 3 trục 3/. Hộp số 4 tiến 1 lùi, loại 3 trục 4/. Hộp số 5 tiến 1 lùi, loại 3 trục IV. Hộp số phụ trên Ôtô V. Hộp số phân phối trên Ôtô VI. Cấu tạo các chi tiết chính trong hộp số VII. Hộp số tự động Chương 3: TRUYỀN ĐỘNG CÁC ĐĂNG. I. Công dụng, yêu cầu, phân loại. II. Kết cấu các đăng: 1/. Khớp các đăng khác tốc 2/. Khớp các đăng đồng tốc 3/. Gối đỡ trung gian III. Bố trí truyền động các đăng trên Ôtô Chương 4: CẦU CHỦ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ. A. Truyền lực chính: I. Công dụng, yêu cầu,phân loại. II. Phân tích kết cấu của truyền lực chính: 1/. Bánh răng nón răng thẳng 2/. Bánh răng nón răng cong 3/. Bánh răng hypoit 4/. Trục vít bánh vít III. Độ cứng vững của truyền lực chính B. Bộ vi sai: I. Công dụng, yêu cầu, phân loại. II. Phân tích cấu tạo bộ vi sai: 1/. Vi sai đối xứng 2/. Vi sai không đối xứng 3/. Cơ cấu gài vi sai cưỡng bức 4/. Các loại bộ vi sai tăng nội ma sát C. Bán trục: I. Công dụng, yêu cầu, phân loại. II. Phân tích kết cấu các loại bán trục trên ôtô: 1/. Bán trục không giảm tải 2/. Bán trục giảm tải 1/2 3/. Bán trục giảm tải 3/4 4/. Bán trục giảm tải hoàn toàn D. Dầm cầu chủ động Chương 5: CẦU DẪN HƯỚNG. I. Công dụng, yêu cầu, phân loại II. Phân tích kết cấu cầu dẫn hướng: 1/. Cầu dẫn hướng không chủ động 2/. Cầu dẫn hướng chủ động 3/. Góc lắp đặt của bánh xe dẫn hướng Phần 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Chương 6: HỆ THỐNG LÁI. I. Công dụng, yêu cầu, phân loại. II. Động học quay vòng của Ôtô III. Phân tích kết cấu hệ thống lái: 1/. Cơ cấu lái 2/. Dẫn động lái 3/. Các loại trợ lực lái IV. Bộ lái trợ lực V. Hệ thống lái điện tử Chương 7: HỆ THỐNG PHANH I. Công dụng, yêu cầu, phân loại II. Phân tích kết cấu hệ thống phanh: A- Cơ cấu phanh: 1/. Phanh guốc 2/. Phanh đĩa B- Dẫn động phanh: 1/. Phanh thủy lực 2/. Phanh khí nén 3/. Phanh trợ lực khí nén-thủy lực 4/. Phanh trợ lực chân không-thủy lực III. Cấu tạo các chi tiết chính 1/. Xy lanh chính 2/. Xy lanh con 3/. Xy lanh chính loại 2 dòng 4/. Các loại van điều chỉnh trong hệ thống phanh IV. Hệ thống phanh ABS 1/. Hệ thống phanh thủy lực ABS 2/. Hệ thống phanh khí nén ABS Phần 4: HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG Chương 8: KHUNG XE VÀ THÂN XE I. Công dụng, phân loại, yêu cầu II. Thân - Khung xe liền khối III. Loại khung xe thường dùng Chương 9: HỆ THỐNG TREO. I. Công dụng, yêu cầu, phân loại II. Phân tích kết cấu của hệ thống treo: 1/. Bộ phận hướng 2/. Bộ phận đàn hồi 3/. Bộ phận giảm chấn III. Hệ thống treo điện tử III. Hệ thống treo khí nén Chương 10: BÁNH XE – LỐP XE I. Công dụng, phân loại, yêu cầu II. Kết cấu hệ thống chuyển động Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã hết sức cố gắng tổng hợp các tư liệu tham khảo nhằm hệ thống hóa lại các nội dung cho các sinh viên dễ dàng tra cứu khi học tập. Tuy vậy, nội dung tập giáo trình này cũng vẫn còn không ít thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp chân tình để tập giáo trình này ngày càng hoàn thiện hơn. Trân thành cảm ơn. Giáo viên biên soạn Nguyễn Văn Hiển PHẦN 1 CÔNG DỤNG - CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG GẦM ÔTÔ Ôtô là phương tiện vận tải đường bộ, có tên gọi là automobile (hình thành từ phân từ auto gốc HiLạp có nghĩa là tự mình, còn phân từ mobile gốc Latinh có nghĩa là chuyển động. ) I. CẤU TẠO CHUNG CỦA ÔTÔ: Theo quan điểm động lực học, trên ôtô được chia thành các hệ thống chính như sau: 1/- Động cơ: Là nguồn năng lượng cơ học có nhiệm vụ cung cấp công suất đến hệ thống truyền lực và các bánh xe chủ động nhằm làm cho ôtô di chuyển; phần lớn động cơ ôtô sử dụng là loại động cơ đốt trong. 2/- Khung – gầm ôtô: Kết cấu chung của phần khung - gầm ô tô bao gồm các hệ thống chính như sau: a). Hệ thống truyền lực: dùng để truyền momen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động, đồng thời cho phép thay đổi độ lớn và chiều hướng của momen xoắn; bao gồm các bộ phận sau: bộ ly hợp, hộp số, truyền động các-đăng, bộ truyền lực chính với bộ vi sai và các bán trục. b). Hệ thống điều khiển: dùng để điều khiển hướng chuyển động và thay đổi tốc độ của ôtô theo ý muốn của người lái xe; bao gồm các cơ cấu sau: hệ thống lái và hệ thống phanh. c). Khung xe và hệ thống treo: dùng để nâng đỡ động cơ và toàn bộ thân xe. Nó vừa đòi hỏi phải có độ cứng vững cao vừa phải đảm bảo độ giảm xóc, giúp hạn chế tần số dao động khi xe di chuyển. d). Vành bánh xe và lốp ôtô: giúp làm giảm các va xóc và tạo lực bám tốt với mặt đường. 3/- Thân vỏ ôtô: Là phần công tác hữu ích của ôtô, dùng để chở khách hoặc hàng hoá. Đối với xe tải là buồng lái và thùng xe; đối với xe khách và xe con là chỗ của người ngồi lái và hành khách. 4/- Điện thân ôtô: Bao gồm các thiết bị cơ điện làm tăng tiện nghi bên trong buồng lái ôtô như: radio-cassette, video, máy sưởi ấm, hệ thống điện lạnh, máy gạt nước, các đèn soi sáng bên trong, các đèn chiếu sáng-tín hiệu, v.v II. NHỮNG YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI ÔTÔ: 1/- Những yêu cầu về thiết kế chế tạo: - Ôtô phải mang tính hiện đại, có kết cấu tối ưu, kích thước nhỏ gọn, bố trí một cách phù hợp với điều kiện đường sá và khí hậu. - Tạo dáng xe phù hợp với yêu cầu về thẩm mỹ. - Vật liệu chế tạo các chi tiết phải có độ bền cao, chống gỉ tốt nhằm nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của ôtô. Nên dùng loại vật liệu nhẹ để giảm tự trọng của ôtô. - Kết cấu của các chi tiết phải có tính công nghệ cao, dễ gia công. 2/- Những yêu cầu về sử dụng: - Ôtô phải có tính năng động lực cao như: tốc độ trung bình cao nhằm nâng cao năng suất vận chuyển, thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc ngắn, xe khởi động dễ dàng. - Ôtô phải có tính an toàn cao, đặc biệt đối với hệ thống lái và hệ thống phanh. - Ôtô phải đảm bảo tính tiện nghi cho lái xe và hành khách, thao tác nhẹ nhàng và đảm bảo tầm nhìn tốt. - Mức tiêu hao nhiên liệu, dầu bôi trơn ít. - Ôtô chạy phải êm, không ồn, giảm lượng độc hại trong khí thải. 3/- Những yêu cầu về bảo dưỡng sửa chữa: Thời gian bảo dưỡng, sửa chữa ôtô rất lớn. Để giảm khối lượng công việc, kéo dài chu kỳ bảo dưỡng ôtô phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Số lượng các điểm bôi trơn phải ít để giảm giờ công bơm dầu (nên thay thế các điểm bôi trơn có vú mỡ bằng vật liệu bôi trơn vĩnh cửu ). - Giảm giờ công kiểm tra siết chặt bằng cách sử dụng các bulông, vít cấy, đai ốc có tính tự hãm cao. - Giảm giờ công điều chỉnh bằng cách thay các khâu điều chỉnh bằng tay bằng điều chỉnh tự động hoặc dễ điều chỉnh. - Kết cấu của ôtô phải đảm bảo cho công tác tháo lắp được dễ dàng, thuận tiện cho công tác sửa chữa, thay thế phụ tùng. - Kết cấu và vật liệu chế tạo của các chi tiết có độ hao mòn lớn phải đủ bền sau khi phục hồi sửa chữa III.- CÁC CÁCH BỐ TRÍ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN ÔTÔ: 1/- Các loại hệ thống truyền lực: Việc thiết kế để bố trí vị trí các bộ phận của hệ thống truyền lực trên các loại ôtô tùy thuộc vào cách sắp xếp động cơ (động cơ đặt ở phía trước, ở giữa hoặc phía sau xe), đặc tính truyền động ra các bánh xe ( hai bánh sau chủ động, hai bánh trước chủ động hoặc cả bốn bánh đều chủ động). Hiện nay, hệ thống truyền lực trên ôtô được bố trí theo các kiểu sau đây: a)- Động cơ bố trí phía trước xe, các bánh sau là bánh chủ động: trong trường hợp này, các bộ phận của hệ thống truyền động được sắp xếp theo thứ tự: động cơ, bộ ly hợp, hộp số, truyền động các-đăng, cầu chủ động với bộ vi sai và các bán trục. b)- Động cơ bố trí phía trước xe, các bánh trước và bánh sau đều là bánh chủ động: thường được sử dụng đối với các xe chuyên dùng đòi hỏi tính việt dã cao. Trong trường hợp này, phải có hộp số phụ làm nhiệm vụ phân phối momen xoắn từ động cơ ra các cầu chủ động trước và sau xe. c)- Động cơ bố trí phía trước xe, các bánh trước là bánh chủ động: đây là kiểu thiết kế phổ biến nhất cho ô tô du lịch đời mới hiện nay là động cơ đặt ngang phía trước và dẫn động trực tiếp hai bánh xe trước. Phương pháp này đạt được các ưu điểm: + Động cơ nằm ngang tạo điều kiện giảm chiều dài đầu xe và vấn đề khí động học. + Loại bỏ được trục truyền động các-đăng dọc từ đầu xe đến đuôi xe. Nhờ vậy sàn của ca-bin và thân xe bằng phẳng và rộng hơn. d)- Động cơ bố trí phía sau xe, các bánh sau là bánh chủ động: kiểu bố trí này thường được sử dụng đối với các ôtô chở khách trên 30 chỗ ngồi và ở một vài loại ôtô du lịch thiết kế động cơ đặt sau xe và dẫn động hai bánh sau. (Ví dụ: Ôtô du lịch của hãng Volkswagen). Loại bố trí này giúp giảm ồn trong thùng xe, tạo thoải mái cho hành khách đi xe. 2/- Sơ đồ bố trí của một vài loại hệ thống truyền lực: Để đánh giá độ phức tạp của hệ thống truyền lực, thường dựa vào công thức bánh xe . Công thức bánh xe được thể hiện bằng tích của hai số (trong đó a là số lượng bánh xe, b là số lượng bánh xe chủ động). Ví dụ: - (có 4 bánh xe, trong đó có 2 bánh xe chủ động): xe có một cầu chủ động. - (có 4 bánh xe đều là chủ động): xe có 2 cầu chủ động. - (có 6 bánh xe trong đóù có 4 bánh xe chủ động): xe tải hoặc xe khách có 2 cầu chủ động. - (cả 6 bánh xe đều là chủ động): xe có 3 cầu chủ động. Sau đây là một vài sơ đồ bố trí điển hình: a). Sơ đồ ( cầu sau chủ động, động cơ đặt trước ): Đây là cách bố trí cơ bản, được sử dụng nhiều trên các loại xe. b). Sơ đồ (Cầu sau chủ động, động cơ đặt sau ): Cách bố trí này rất gọn, không dùng truyền lực cardan, toàn bộ động cơ, bộ ly hợp, hộp số, cầu sau chủ động liên kết thành một khối. c). Sơ đồ ( Cầu trước chủ động, động cơ đặt trước ): d). Sơ đồ (Cầu trước và cầu sau đều chủ động, động cơ đặt trước ): Đặc điểm của sơ đồ này là có bộ vi sai giữa 2 cầu và bộ khoá vi sai khi cần thiết. Toàn bộ cơ cấu này xếp gọn một góc trong hộp phân phối. e). Sơ đồ : Được dùng lần đầu tiên trên xe tải KAMAZ-5320 của Liên Xô sản xuất năm 1976. Đặc điểm của sơ đồ này là không dùng hộp phân phối mà dùng một cơ cấu vi sai giữa 2 cầu rất gọn. f). Sơ đồ : Dùng trên xe tải URAL375 của Liên Xô sản xuất. Ở sơ đồ này trong hộp phân phối có cơ cấu kiểu hệ bánh răng trụ nhằm chia công suất cho các cầu trước, cầu giữa, cầu sau. Giữa cầu sau và cầu giữa lại sử dụng vi sai kiểu bánh răng nón. PHẦN 2 HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHƯƠNG 1. BỘ LY HỢP I. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI,: 1/- Công dụng: Ly hợp là một cơ cấu có nhiệm vụ nối và cắt động cơ với hệ thống truyền lực. Ngoài ra ly hợp còn được sử dụng như một bộ phận an toàn, nghĩa là có thể tự động cắt truyền dẫn khi moment quá mức qui định. 2/- Phân loại: - Theo cách truyền moment xoắn có ly hợp ma sát (loại một đĩa hay nhiều đĩa ), ly hợp thuỷ lực (loại thuỷ động và thuỷ tĩnh ), ly hợp nam châm điện (moment truyền nhờ từ trường ), ly hợp liên hợp ( kết hợp các loại trên ). - Theo hình dáng các chi tiết ma sát có ly hợp đĩa, ly hợp hình nón, ly hợp hình trống. Trong đó ly hợp hình nón và ly hợp hình trống rất ít sử dụng vì moment quán tính bị động quá lớn. - Theo phương pháp sinh lực ép trên đĩa có loại lò xo (đặt xung quanh, đặt trung tâm), loại nửa ly tâm (lực ép sinh ra ngoài lực ép lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm và), loại ly tâm (áp lực trên đĩa được tạo bởi lò xo, lực ly tâm sử dụng để đóng mở ). - Theo kết cấu cơ cấu ép có ly hợp thường đóng (dùng ở ôtô và các ly hợp máy kéo), ly hợp không thường đóng (dùng ở máy kéo xích, máy kéo bánh bơm, xe tăng). 3/- Yêu cầu: - Truyền được moment xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong bất cứ điều kiện nào, muốn vậy moment ma sát sinh ra trong ly hợp phải lớn hơn moment xoắn của động cơ. MLH: Moment ma sát sinh ra trong ly hợp (Nm) : Hệ số dự trữ của ly hợp (>1) Memax: Moment xoắn lớn nhất của động cơ (Nm) - Khi đóng phải êm dịu để không gây ra sự va đập trong hệ thống truyền lực. - Khi mở phải êm dịu, dứt khoát và nhanh. - Mômen quán tính của phần bị động phải nhỏ. - Ly hợp làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn, do đó hệ số dự trữ của phải nằm trong giới hạn. - Điều khiển dễ, lực tác dụng lên pedal phải nhỏ. - Các bề mặt ma sát đảm bảo thoát nhiệt tốt. - Kết cấu đơn giản, dễ điều chỉnh, chăm sóc. II. CẤU TẠO LY HỢP: 1/- Ly hợp ma sát loại một đĩa: a)-Cấu tạo: Ly hợp loại này có từ ba đến chín lò xo xoắn. Công dụng của các lò xo là ấn đĩa ép, đè đĩa ly hợp bám vào mặt bánh đà. Kết cấu chung gồm có: vỏ có các khoang chứa lò xo ép và được gắn chặt vào bánh đà. Khi buông bàn đạp ly hợp, các lò xo ép ấn đĩa ép và đĩa ly hợp áp dính vào mặt bánh đà. Trục sơ cấp của hộp số gối đầu và quay trơn trong đuôi trục khuỷu có rãnh then hoa liên kết với lỗ then hoa của đĩa ma sát. Trên vỏ bộ ly hợp có treo ba đòn mở ly hợp điều khiển đĩa ép. Các đòn mở ly hợp được ấn vào do tác động của chân đạp ly hợp, qua đó tác động lên bạc đạn chà. b)-Hoạt động: Khi bánh đà đang quay, ta ấn bàn đạp ly hợp, thông qua cơ cấu điều khiển sẽ ấn ba đòn mở ly hợp xuống, các đầu kia của đòn mở sẽ nâng mâm ép lên. Lúc này đĩa ma sát không bị ép vào mặt bánh đà nên tự do và đứng yên cùng với trục sơ cấp của hộp số, trong lúc đó bánh đà vẫn quay, nhờ vậy liên hệ giữa động cơ và hộp số tạm gián đoạn. Sau khi ta cài số, buông chân ly hợp, bạc đạn chà trở về vị trí cũ, không còn ép lên ba đòn mở nữa, các lò xo ép lại ấn mâm ép đè đĩa ma sát bám vào bánh đà, liên kết giữa động cơ và hộp số được nối trở lại. Ưu nhược điểm của ma sát loại một đĩa: * Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, rẻ tiền. - Thoát nhiệt tốt. - Đóng mở dứt khoát. * Nhược điểm: - Đóng không êm dịu. - Nếu truyền moment lớn (lớn hơn 70 80 Kgm) thì đường kính của đĩa ma sát phải lớn hoặc phải dùng nhiều đĩa. c)-Cấu tạo đĩa ly hợp: Đĩa ma sát hay đĩa ly hợp gồm một đĩa thép gợn sóng liên kết với moayơ lỗ then hoa nhờ các lò xo giảm xoắn. Hai tấm bố ma sát được ghép hai bên đĩa thép bằng cách tán đinh . Công dụng của đĩa thép gợn sóng có tính đàn hồi là dập tắt các va chạm khi đĩa ly hợp bị ép mạnh vào mặt bánh đà. 2/- Ly hợp ma sát loại nhiều đĩa: a). Cấu tạo và hoạt động : - Ly hợp ma sát loại nhiều đĩa cũng có nguyên lý tương tự như ly hợp ma sát loại một đĩa, chỉ khác là ở loại này có thêm đĩa ép để lò xo tỳ vào. - Hình 2-5a là vị trí ly hợp đóng : Vỏ ly hợp được bắt chặt trên bánh đà bằng bulông nên luôn luôn quay với bánh đà. Đĩa ép 3 và 4 ép chặt đĩa ma sát vào bánh đà, đĩa ép 3 ép đĩa ma sát phía sau vào đĩa ép 4. Đĩa ép 4 ép chặt đĩa ma sát trước vào bánh đà thành một khối nhờ lò xo ép 10. Lò xo này luôn luôn ở trạng thái làm việc. Khi trục khuỷu của động cơ quay làm cho bánh đà quay và làm quay đĩa ma sát. Moayơ của đĩa ma sát được lắp trượt lên trục sơ cấp của hộp số bằng các rãnh then hoa. Do đó khi đĩa ma sát quay làm cho trục sơ cấp của hộp số quay nên mô men quay của động cơ được truyền qua hộp số. - Hình 2-5b là vị trí ly hợp mở : Dưới tác dụng của lực đạp vào bàn đạp 1 chiều theo chiều mũi tên trên hình vẽ. Lực này được truyền đến càng mở 8 qua hệ thống dẫn động (đòn kéo) làm cho càng mở tỳ vào bạc trược 9 và đẩy bạc trượt dịch chuyển lên phía trước. Trên bạc trượt có gắn vòng bi tỳ 11, Vòng bi này tỳ vào đầu của đòn mở 2. Đòn mở 2 kéo đĩa ép 3 dịch chuyển về phía sau tách khỏi đĩa ép và đĩa ma sát phía sau. Lúc đó lò xo 5 sẽ đẩy đĩa ép 4 tách khỏi đĩa ma sát phía trước. Mô men quay động cơ tách rời với trục sơ cấp của hộp số. Cấu tạo ly hợp ma sát 2 đĩa ma sát. 1. Bàn đạp; 2. Mỏ phân ly; 3. Đĩa ép ngoài; 4. Đĩa ép trung gian; 5. Lò xo tách đĩa ép trung gian; 6. Bánh đà; 7. Đĩa ma sát; 8. Càng phân ly; 9. Trục nhất hộp số; 10. Lò xo ép; 11. Vòng bi phân ly. b). So sánh ưu-khuyết điểm của ly hợp một đĩa và ly hợp nhiều đĩa: - Ly hợp nhiều đĩa có cấu tạo phức tạp hơn ly hợp một đĩa, khi mở không dứt khoát bằng ly hợp một đĩa, nhưng khi đóng thì êm hơn loại một đĩa. Ly hợp nhiều đĩa truyền được mô men lớn hơn ly hợp một đĩa vì mặt ma sát lớn. - Nếu cùng truyền một trị số mô men quay của động cơ như nhau thì ly hợp nhiều đĩa có đường kính ngoài của đĩa ma sát nhỏ hơn ly hợp một đĩa, do đó kích thước của vỏ ly hợp cũng nhỏ gọn hơn. - Nhưng hiện nay người ta có xu hướng dùng loại ly hợp một đĩa ma sát nhiều hơn vì kết cấu của loại này đơn giản hơn. 3/- Ly hợp ma sát có lò xo hình đĩa: Loại ly hợp này được sử dụng rộng rãi trên ôtô du lịch hiện nay, loại này có kết cấu đơn giản và khi tác dụng lực thì áp lực trên đĩa ma sát được phân bố đồng đều. Vì lò xo ép hình đĩa nên sẽ làm luôn nhiệm vụ đòn mở. Hoạt động: - Khi chưa tác dụng lực lên pedal, lò xo đĩa bung ra đẩy đĩa ma sát tỳ chặt vào bánh đà tạo thành khối cứng, do đó lực truyền động từ trục khuỷu được truyền qua trục ly hợp (ly hợp đóng). - Khi người điều khiển tác dụng lực lên pedal, thông qua cơ cấu điều khiển lực sẽ tác dụng lên bạc đạn chà và đẩy bạc đạn chà đi vào làm lò xo đĩa ép lại, đĩa ma sát không tỳ vào bánh đà nữa, do đó lực truyền động quay từ trục khuỷu sẽ không truyền qua trục ly hợp (ly hợp mở). 4/- So sánh giữa lò xo xoắn và lò xo hình đĩa : Đối với loại lò xo xoắn hình trụ, khi ta biến đổi sức ép lên nó thì sức ép luôn luôn tăng tỉ lệ thuận với lực đàn hồi của lò xo. Trường hợp các chi tiết ma sát như đĩa ma sát, mâm ép bị mòn thì sức ép của loại lò xo xoắn hình trụ giảm, đĩa ma sát bắt đầu quay trượt. Với loại lò xo hình đĩa, khi biến đổi sức ép lên nó, lúc đầu lực tăng lên cho đến một trị số xác định thì lực bắt đầu giảm. Độ mòn của các tấm ma sát không ảnh hưởng đến sức ép do lò xo màng tạo nên, do đó tránh được tình trạng bộ ly hợp quay trượt. Việc áp dụng lò xo hình đĩa còn đạt thêm được một số ưu điểm sau: Giảm được kích thước, khối lượng và đơn giản hóa rất nhiều trong kết cấu của bộ ly hợp Do không có các chi tiết lắp ở vòng ngoài bộ ly hợp nên việc cân bằng tương đối dễ hơn. Loại trừ được các lực ly tâm làm giảm sức ép đĩa ma sát ở vận tốc cao (vì không có các chi tiết vòng ngoài). Lực tác động lên đĩa ma sát thường xuyên đều đặn ở mọi chế độ làm việc. 5/- Biến mô thuỷ lực: a)- Cấu tạo : Các bộ phận chính của ly hợp thủy lực là : bơm và tua bin đặt đối diện nhau. Bên trong bơm và tua bin đều có các cánh dẫn hướng chất lỏng . Bơm cùng vỏ của ly hợp thủy lực tạo thành 1 khối cứng, moayơ của khối này lắp chặt trên đầu trục khủyu của động cơ. Tua bin lắp chặt trên đầu trục sơ cấp của hộp số, vòng đệm bao kín có nhiệm vụ ngăn không cho chất lỏng lọt ra ngoài. b)- Hoạt động: Khác với ly hợp ma sát là lọai họat động theo nguyên tắt ma sát khô, ly hợp thủy lực được truyền momen bằng chất lỏng. Khi động cơ làm việc đĩa bơm quay, do lực ly tâm, chất lỏng chuyển động từ tâm với tốc độ tuyệt đối V1 theo các cánh ra ngoài rìa với tốc độ tuyệt đối V2 (V2 >V1) bắn vào cánh turbine, buộc đĩa này phải quay theo, chất lỏng tiếp tục di chuyển từ đĩa vào tâm đĩa turbine và sang đĩa bơm, chu kỳ tuần hoàn được lặp lại. c)- Ưu nhược điểm của ly hợp thủy lực: * Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, các chi tiết ít bị mòn hỏng ; khi hoạt động êm dịu, không ồn không giật khi thay đổi tốc độ xe. * Nhược điểm: Có hiện tượng trượt trong ly hợp. hiệu suất truyền lực thấp nên xe chạy tốn nhiều nhiên liệu ; ngoài ra nếu không có cơ cấu gài đặt biệt thì không thể dùng biện pháp đóng ly hợp gài số, đẩy xe hoặc nhả phanh cho xe lăn xuống dốc khi khởi động động cơ như trường hợp ly hợp ma sát. III. CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN LY HỢP: 1/- Điều khiển cơ khí: Loại này được sử dụng nhiều trên ôtô, có cấu tạo đơn giản và làm việc rất đảm bảo. Cấu tạo của loại này đơn giản nhưng không thuận tiện đối với ô tô vận tải. Nhất là trường hợp động cơ bố trí xa người lái. Cấu tạo của cơ cấu này được giới thiệu ở hình dưới đây. Khi ấn chân lên bàn đạp ly hợp, trục bàn đạp xoay làm chuyển động hệ thống dây cáp tác động đòn mở ly hợp, đòn mở này ấn bạc đạn chà qua trái đè lên ba cần đẩy nâng mâm ép lên giải phóng đĩa ly hợp kỏi mặt bánh đà. Khi buông chân khỏi bàn đạp, các lò xo sẽ đưa các bộ phận điều khiển về vị trí cũ, bộ ly hợp trở lại chế độ kết nối. 2/- Điều khiển thuỷ lực: a)- Cấu tạo: Với cơ cấu điều khiển loại này, việc cắt nối khớp ly hợp dễ dàng và động tác nhả khớp ly hợp êm dịu hơn, vị trí bàn đạp ly hợp không phụ thuộc vào vị trí của bộ ly hợp. Các ô tô hiện nay đều áp dụng cơ cấu này. Cơ cấu dẫn động thủy lực gồm xy lanh chính có bình chứa dầu phanh. Khi tác dụng lên bàn đạp, cần đẩy sẽ tác động vào piston và các cuppen di chuyển trong xy lanh chính. Từ xy lanh chính có ống dẫn dầu xuống xy lanh con gắn bên hông cạt te ly hợp. Trong xy lanh con có piston, cuppen tác động cây đẩy điều khiển đòn mở ly hợp. b)- Hoạt động: Khi tác dụng lực vào pedal, cần đẩy sẽ đẩy piston của xi lanh chính sang trái và nén dầu, dầu từ xi lanh chính qua ống dẫn dầu đến xi lanh làm việc đẩy piston xi lanh làm việc qua phải, đẩy cần đến đòn mở ly hợp. Khi thôi tác dụng lực lên pedal, các lò xo kéo các chi tiết dẫn động về vị trí ban đầu. 3/. Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng thủy lực có trợ lực khí nén: Hệ thống này có cơ cấu điều khiển giống như cơ cấu điều khiển bằng thủy lực. Nhưng trên xylanh phụ của hệ thống trang bị bộ trợ lực khí nén. Nguyên lý hoạt động: Khi chưa đạp pedal thì các buồng C, D, A, B có áp lức bằng nhau và bằng với áp lực khí trời. Khi đạp pedal, dầu từ xilanh chính qua ống dẫn đến bộ trợ lực qua đường II, một phần đền xylanh phụ, một phần đẩy van điều khiển đi lên thắng lực lò xo đóng van xả và mở van nạp. Aùp lực của buồng D bằng A bằng áplực khí nén (khí nén vào qua đướng I), áp lực buồng CB nên ép piston và cần đẩy thắng lực lò xo qua phía bên phải để điều khiển càng ngắt ly hợp. Buông pedal áp lực dầu xy lanh chính giảm bằng áplực không khí, piston điều khiển đi xuống bởi các lò xo làm van nạp đóng và van xả mở. Làm khí nén trong buồng A và D được xả ra khí trời, vì vậy áplực buồng A, B, C, D và áplực khí trời bằng nhau. Do đó piston và cần đẩy bị đẩy sang bên trái bởi lực lò xo, ly hợp đóng. 4/.Cơ cấu điều khiển thủy lực trợ lực áp thấp: Cơ cấu điều khiển giống như trợ lực khí nén nhưng nguyên lý dựa trên cơ sở sử dụng sự giảm áp ở đượng ống hút của động cơ hoặc tạo ra từ một bơm áp thấp, sinh ra trong đường ống một áp thấp được điều khiển từ xylanh chính. Nguyên lý hoạt động: Buồng chân không C nối ống nạp động cơ qua đường II. Khi chưa đạp pedal áp lực dầu không làm piston điều khiển đi lên nên áp thấp buồng A, B, C, D bằng nhau. Khi đạp pedal dầu từ xylanh chính đến bộ trợ lực áp thấp qua đướng I, một phần đến xylanh con, một phần đẩy piston điều khiểnđi lên thắng lực lò xo đóng van áp thấp và mở van không khí. Aùp lực buồng A, D và áp lực không khí bằng nhau. Buồng C, B và áp thấp ống góp hút hay bơm áp thấp bằng nhau. Do đó áp lực buồng A>B nên màng da đi về phía phải và đẩy piston về phía phải để làm cho ly hợp ngắt. Khi buông pedal áp lực dầu từ xylanh chính giảm về bằng với áp lực không khí, piston điều khiển đi xuống dưới bởi các lò xo. Lúc này van không khí đóng lại, van áp thấp được mở ra làm cho áp lực ở buồng C, D, A, B bằng nhau. Do đó màng da sẽ dịch chuyển về phía trái bởi các lò xo, piston cũng bị dịch chuyển về cùng hướng làm cho càng mở ly hợp được buông ra, làm cho ly hợp đóng. 5/- Hệ thống điều khiển ly hợp bằng điện tử: Hình vẽ sau đây giới thiệu sơ đồ khối của hệ thống điều khiển cắt nối khớp ly hợp kiểu này. Đây là kiểu cắt nối khớp thủy lực được điều khiển bằng điện tử. Trong phương pháp này người ta không cần dùng bàn đạp ly hợp. Một loạt các bộ cảm biến thu nhận thông tin về mức độ đóng mở của bướm ga bộ chế hòa khí, về chế độ đang hoạt động của động cơ, của bộ ly hợp và của một số hộp số. Sau đó gửi các thông tin này đến môđuyn xử lý và điều khiển điện tử trung ương ECM. Mỗi khi người lái dịch chuyển cần sang số để cài số, ECM tức thì đánh tín hiệu điều khiển đến bộ nguồn thủy lực (8). Bộ này kiểm soát áp suất thủy lực để cắt hoặc nối khớp ly hợp. Nhận được tín hiệu điều khiển của ECM, bộ ly hợp được cắt khớp tức thì và nó duy trì chế độ cắt khớp này cho đến khi người lái buông tay ra khỏi cần sang số. CHƯƠNG 2. HỘP SỐ I. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU: 1/- Công dụng: - Thay đổi lực kéo ở bánh xe chủ động của ôtô cho phù hợp với điều kiện cản của mặt đường. - Thay đổi chiều chuyển động của ôtô (tiến hoặc lùi). - Cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc cắt bộ ly hợp ( vị trí số 0). - Dẫn động lực ra ngoài cho bộ phận công tác đối với xe chuyên dùng ( xe có tời kéo, xe ôtô cần trục ). 2/- Phân loại: Việc phân loại hộp số thông thường được dựa trên các yếu tố sau: - Theo bánh răng. - Theo cơ cấu đổi số. - Theo phương pháp điều khiển. Hiện nay, trên ôtô thường sử dụng 02 loại hộp số sau: - Hộp số cơ khí: bao gồm nhiều cấp: loại 3 cấp, 4 cấp, 5 cấp, - Hộp số tự động. 3/- Yêu cầu: Hộp số cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Tỷ số truyền cần thiết để có tốc độ chuyển động thích hợp, lực kéo cần thiết trên các bánh chủ động và đảm bảo tính kinh tế của ôtô. - Hiệu suất truyền lực cao, làm việc không ồn, sang số nhẹ nhàng, không sinh ra lực va đập ở các bánh răng. - Kết cấu gọn gàng, chắc chắn, dễ điều khiển, bảo dưỡng hoặc kiểm tra khi hư hỏng. II. TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG : 1/- Truyền động bánh răng: Để truyền chuyển động và làm thay đổi momen xoắn từ trục khuỷu động cơ đến các bánh xe dẫn động, thông thường trên ôtô được truyền qua các bánh răng của hộp số, được gọi là truyền động bánh răng. 2/- Tỷ số truyền trong truyền động bánh răng: a). Khái niệm về tỷ số truyền: Tốc độ quay của hai bánh răng khớp răng với nhau, tùy thuộc vào số răng hay đường kính của mỗi bánh răng đó. Ví dụ bánh răng A dẫn động bánh răng B cùng đường kính, A và B sẽ quay cùng một số vòng bằng nhau Nếu bánh răng A có 12 răng, bánh răng B có 24 răng, bánh răng A phải quay 2 vòng để dẫn động bánh răng B quay một vòng. Ta nói tỉ số truyền động 2:1 b). Công thức tính tỷ số truyền: Tỷ số truyền của hai bánh răng ăn khớp với nhau là tỷ số giữa số vòng quay của bánh răng chủ động trên số vòng quay của bánh răng bị động hay số răng của bánh răng bị động trên số răng của bánh răng chủ động: Trong đó: n: Số vòng quay bánh răng. N: Số răng của bánh răng. D: Đường kính bánh răng. Nếu: - i < 1: tỉ số truyền tăng - i = 1: tỉ số truyền thẳng - i > 1: tỉ số truyền giảm (nhanh) III. CẤU TẠO CÁC LOẠI HỘP SỐ CHÍNH THÔNG DỤNG: Kết cấu chi tiết: a. Trục sơ cấp. b. Trục thứ cấp. c. Trục trung gian và số lùi. Hộp số 3 tiến 1 lùi, loại 2 trục: a)- Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động: - Vị trí tay số 1: Lúc này bánh răng 4 trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua ăn khớp với bánh răng số 1 trên trục sơ cấp. Đường truyền momen như sau: Trục sơ cấp -> Bánh răng số 1 -> Bánh răng số 4 -> Trục thứ cấp. - Vị trí tay số 2: Lúc này bánh răng 5 trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua ăn khớp với bánh răng số 2 trên trục sơ cấp. Đường truyền momen như sau: Trục sơ cấp -> Bánh răng số 2 -> Bánh răng số 5 -> Trục thứ cấp. - Vị trí tay số 3: Lúc này bánh răng 6 trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua ăn khớp với bánh răng số 3 trên trục sơ cấp. Đường truyền momen như sau: Trục sơ cấp -> Bánh răng số 3 -> Bánh răng số 6 -> Trục thứ cấp. - Vị trí tay số lùi: Lúc này bánh răng 4 trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua phải ăn khớp với bánh răng số 8 trên trục số lùi. Do bánh răng số 7 trên trục sơ cấp luôn ăn khớp với bánh răng số 8 trên trục số lùi nên sẽ làm cho trục thứ cấp quay ngược với chiều quay ban đầu. Đường truyền momen như sau: Trục sơ cấp -> Bánh răng số 7 -> Bánh răng số 8 -> Bánh răng số 4 -> Trục thứ cấp. b)- Những điều cần chú ý: - Hộp số này bao gồm 03 trục: trục sơ cấp, trục thứ cấp và trục số lùi. Không có trục trung gian. - Bánh răng 7 và 8 luôn luôn ăn khớp với nhau. Các bánh răng còn lại khi không vào vị trí tay số của mình thì không ăn khớp với nhau. - Các bánh răng là bánh răng trụ răng thẳng. Nếu là bánh răng nghiêng phải có bộ đồng tốc. - Để thực hiện việc ra vào số, các bánh răng này phải di chuyển qua lại, nên còn gọi là hộp số dùng bánh răng di động. - Loại hộp số hai trục này hiện nay rất ít sử dụng. Hộp số ôtô 3 tiến 1 lùi, loại 3 trục: a)- Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Do bánh răng số 1 và số 2 luôn ăn khớp với nhau nên khi trục sơ cấp chuyển động sẽ làm cho trục trung gian quay theo, các bánh răng số 6 trên trục thứ cấp và bánh răng số 8 trên trục số lùi cũng chuyển động theo. - Vị trí tay số 1: Lúc này bánh răng 4 trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua ăn khớp với bánh răng số 3 trên trục trung gian. Đường truyền momen như sau: Trục sơ cấp -> Bánh răng số 1 -> Bánh răng số 2 -> Trục trung gian -> Bánh răng số 3 -> Bánh răng số 4 -> Trục thứ cấp. - Vị trí tay số 2: Lúc này bộ đồng tốc trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua ăn khớp với bánh răng số 6 trên trục thứ cấp. Đường truyền momen như sau: Trục sơ cấp -> Bánh răng số 1 -> Bánh răng số 2 -> Trục trung gian -> Bánh răng số 5 -> Bánh răng số 6 -> Bộ đồng tốc -> Trục thứ cấp. - Vị trí tay số 3: Lúc này bộ đồng tốc trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua ăn khớp với bánh răng số 1 trên trục sơ cấp. Đường truyền momen như sau: Trục sơ cấp -> Bánh răng số 1 -> Bộ đồng tốc -> Trục thứ cấp. Đây chính là tay số truyền thẳng, có tỷ số truyền bằng 1. - Vị trí tay số lùi: Lúc này bánh răng 4 trên trục thứ cấp sẽ di chuyển qua phải ăn khớp với bánh răng số 8 trên trục số lùi. Do bánh răng số 7 trên trục trung gian luôn ăn khớp với bánh răng số 8 trên trục số lùi nên sẽ làm cho trục thứ cấp quay ngược với chiều quay ban đầu. Đường truyền mo...o kết cấu của các ổ tựa chia ra: - Bán trục không giảm tải - Bán trục giảm tải 1/2. - Bán trục giảm tải 3/4. - Bán trục giảm tải hoàn toàn. 3. Yêu cầu: - Truyền được moment quay đến các bánh xe chủ động. - Khi truyền moment đến các bánh xe dẫn hướng và chủ động phải đảm bảo tốc độ góc của bánh xe điều đặn. II. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CÁC LOẠI BÁN TRỤC TRÊN ÔTÔ: Tuỳ theo mức độ chịu lực hướng kính và lực chiều trục phân thành bán trục không giảm tải, giảm tải 1/2 , giảm tải 3/4 và giảm tải hoàn toàn. 1. Bán trục không giảm tải: - Ổ tựa bên trong và bên ngoài đặt trực tiếp lên bán trục. Loại này hiện nay không sử dụng vì làm việc căng thẳng. 2. Bán trục giảm tải 1/2 : - Ổ tựa bên trong đặt trên vỏ vi sai và ổ tựa bên ngoài đặt trực tiếp lên bán trục. 3. Bán trục giảm tải 3/4: - Ổ tựa bên trong đặt trên vỏ vi sai và ổ tựa bên ngoài đặt lên dầm cầu và moyeu bánh xe mà không đặt trực tiếp lên bán trục. 4. Bán trục giảm tải hoàn toàn: - Ổ tựa bên trong đặt trên vỏ vi sai và 2 ổ tựa bên ngoài đặt lên dầm cầu và moyeu bánh xe mà không đặt trực tiếp lên bán trục. D. VỎ CẦU CHỦ ĐỘNG: - Dầm cầu chủ động là vỏ bao bọc bảo vệ các chi tiết của cụm truyền lực chính, vi sai và truyền động đến các bánh xe. Dầm cầu được chế tạo bằng cách uốn các lá thép để có trọng lượng nhỏ, độ cứng vững tốt và giá thành hạ. Dầm cầu loại đúc có độ cứng vững tốt nhưng trọng lượng lớn nên làm tăng trọng lượng của phần không được treo. Dầm cầu chủ động loại liên hợp là loại mà carter của truyền lực chính và vi sai đúc bằng gan rèn và vỏ bọc các bán trục là ống thép nối với carter bằng đinh tán có độ cứng đảm bảo, đồng thời có trọng lượng bé, thường được dùng ở ôtô có tải trọng nhỏ và trung bình. - Những năm gần đây đã chế tạo đầm cầu bằng chất dẻo, loại này có khả năng giảm trọng lượng rất nhiều và chịu tải trọng động tốt, nhưng khó thoát nhiệt và có thể làm nung nóng các chi tiết trong cầu. - Khi tính toán dầm cầu chủ động cần lưu ý các trường hợp sau: + Khi bánh xe có lực kéo cực đại. + Khi phanh ôtô. + Khi quay vòng có độ trượt ngang. + Khi qua mặt đường gồ ghề. CHƯƠNG 5. CẦU DẪN HƯỚNG I. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI ,: 1. Công dụng: - Cầu dẫn hướng dùng để đỡ toàn bộ trọng lượng phần được treo của ôtô: động cơ, ly hợp, hộp số, khung xe, vỏ xe, buồng lái, thùng hàng - Chịu các lực tác dụng giữa mặt đường và khung hoặc vỏ ôtô (lực thẳng đứng, lực dọc và lực ngang) cũng như moment phản lực. 2. Phân loại: Cầu dẫn hướng thường đặt ở đầu trước của xe nên gọi là cầu trước dẫn hướng và được chia ra: * Loại cầu trước dẫn hướng là trục liền: Thường dùng trên ôtô với hệ thống treo phụ thuộc. * Loại cầu trước dẫn hướng cắt (không phải là liền trục): Thường dùng trên ôtô với hệ thống treo độc lập. * Loại cầu trước dẫn hướng chủ động: Ngoài nhiệm vụ dẫn hướng còn làm nhiệm vụ truyền moment quay từ truyền lực chính đến các bánh xe và truyền lực kéo lên khung. 3. Yêu cầu: Ngoài những yêu cầu chung, cầu dẫn hướng còn phải thoả mãn yêu cầu riêng và phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Truyền lực tốt giữa khung hoặc vỏ của ôtô với bánh xe dẫn hướng (cùng với bộ phận treo). - Các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi dịch chuyển theo mặt phẳng đứng. - Góc đặt trục đứng và bánh xe phải đúng. - Trọng lượng của phần không được treo phải nhỏ, nhưng phải có độ cứng cao và đủ độ bền. II. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU DẪN HƯỚNG: Cầu dẫn hướng không chủ động: - Ở ôtô, dầm cầu dẫn hướng không chủ động nối với khung bởi hệ thống treo phụ thuộc gồm: nhíp (1), dầm (2) được nối với khung qua nhíp (1). - Ở hai đầu dầm có hai lỗ trụ là hai trục đứng (4), cam quay (3) nối với cần (2) bởi trục đứng (4), trên cam quay (5) có bánh xe (6) quay tự do. Ở cam quay (5) có đòn quay (3) với đầu hình cầu để nối với hệ thống lái. Việc quay của cam được điều khiển bởi người lái qua hệ thống lái. - Đối với ôtô có hệ thống treo trước độc lập thì không làm dầm cầu liền mà làm dầm cầu cắt. Dùng dầm cầu cắt với hệ thống treo khác nhau được nghiên cứu ở chương hệ thống treo. 2. Cầu dẫn hướng chủ động: - Cầu dẫn hướng chủ động được trình bày ở trên. - Truyền động từ hộp số đến bánh răng côn chủ động truyền lực chính (1) rồi đến bánh răng côn bị động (2) qua vi sai (3) đến bán trục (4) rồi qua khớp cardan đồng tốc đến trục (7) để dẫn động bánh xe. - Khi điều khiển bánh xe quay qua phải hoặc qua trái người lái tác dụng vào hệ thống lái qua đòn (5) của cam quay (6) làm cam quay có thể quay quanh dầm cầu (9). Khi cam quay (6) quay quanh dầm cầu (9) thì trục (7) cũng phải quay theo, do đó bánh xe được lái đi một góc. Cardan đồng tốc (8) có tác dụng đảm bảo cho trục quay với tốc độ góc điều khi bánh xe quay đi một góc độ nào bất kỳ trong phạm vi kết cấu cho phép. 3. Góc lắp đặt của bánh xe dẫn hướng: Vị trí lắp đặt của bánh xe dẫn hướng đảm bảo ôtô chuyển động ổn định trên đường thẳng cũng như quay vòng, đồng thời điều khiển nhẹ nhàng, tăng thời gian sử dụng lốp. Các bánh xe dẫn hướng đều được đặt ở các góc sau: a. Góc nghiêng ngoài (Camber Angle) - Góc nghiêng ngoài được tạo nên bởi mặt phẳng bánh xe và mặt phẳng thẳng đứng. Góc này có được bằng cách đặt cam quay nghiêng xuống dưới một góc nhất định so với mặt phẳng ngang. - Khi có góc thì khoảng cách giữa hai bánh xe dẫn hướng ở phía dưới sẽ nhỏ hơn ở phía trên và chiều dài cánh tay đòn a sẽ giảm điø do đó người điều khiển ôtô quay vòng sẽ nhẹ nhàng. - Thông thường góc nghiêng ngoài khoảng 0’15- 2o20’ b. Độ chụm bánh xe(Toe in; Toe out) - Do ảnh hưởng bởi góc nghiêng ngoài nên hai bánh xe có xu hướng quay theo tâm của nó khi chuyển động, nghĩa là bánh xe bên phải sẽ lăn về phía bên phải và bánh xe bên trái sẽ lăn về phía bên trái. Do đó sẽ làm cho bánh xe chuyển động đi ra ngoài phương chuyển động của ôtô. - Hiện tượng này sẽ gây nên sự hao mòn của lốp và hư hỏng các chi tiết của cụm bánh xe dẫn hướng. - Để khắc phục hiện tượng trên đây các bánh xe dẫn hướng điều được đặt độ chụm nhất định. Khi đặt bánh xe có độ chụm, các bánh xe sẽ lăn theo vòng cung của tâm O1 (hình vẽ). Tâm này sẽ chuyển dịch về phía trước so với trục cầu dẫn hướng. - Thông thường độ chụm bánh xe= 1,5- 12 mm - Độ chụm bánh xe phụ thuộc góc nghiêng ngoài. - Độ chụm bánh xe được điều chỉnh nhờ đai ốc điều chỉnh ở giữa đòn ngang của hình thang lái. c. Góc nghiêng trong của trục đứng (Kingpin Angle) - Góc nghiêng trong của trục đứng tạo thành bởi trục đứng và mặt thẳng đứng. Mục đích là nhằm giảm khoảng cách cánh tay đòn a do đó moment cần thiết để quay vòng xe nhỏ và người lái điều khiển được nhẹ nhàng. - Thông thường góc nghiêng trong của trục đứng = 0o- 12o - Ngoài ra do cách đặt góc nghiêng này mà còn có tác dụng làm ổn định chuyển động thẳng ôtô. d. Góc nghiêng sau của trục đứng (Caster Angle) - Khi quay bánh xe sẽ sinh ra moment tạo bởi lực cản ngang của bánh xe tác dụng lên cánh tay đòn x. Cho nên góc nghiêng sau của trục đứng sẽ làm tăng tính ổn định chuyển động thẳng của ôtô. PHẦN 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 6. HỆ THỐNG LÁI I. CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI,: 1. Công dụng: Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng nhất định nào đó. 2. Phân loại: - Theo bố trí bánh lái: - Bánh lái bố trí bên phải. - Bánh lái bố trí bên trái. - Theo số lượng bánh dẫn hướng: - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước. - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở hai cầu. - Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu. - Theo kết cấu và nguyên lý của cơ cấu lái: - Loại trục vít - cung răng. - Loại trục vít - con lăn. - Loại trục vít – chốt quay. - Loại liên hợp. - Theo kết cấu bộ trợ lực: (cường hoá) - Loại trợ lực bằng khí nén. - Loại trợ lực bằng thuỷ lực. - Loại trợ lực liên hợp. 3. Yêu cầu: Hệ thống lái phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Quay vòng ôtô thật ngoặc trong một thời gian ngắn trên một diện tích bé. - Lái nhẹ và tiện lợi. - Động học quay vòng đúng để bánh xe không bị trượt lê khi quay vòng. - Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vôlăng. - Giữ được chuyển động thẳng ổn định của ôtô. II. ĐỘNG HỌC QUAY VÒNG CỦA ÔTÔ: Lt: khoảng cách giữa hai trục đứng. L: chiều dài cơ sở ôtô. - Xét hai tam giác vuông OAB và ODC, ta có: (1) (2) - Lấy (1) trừ (2): - Điều này chứng tỏ, để đảm bảo động học khi quay vòng thì hiệu số luôn là một hằng số. - Khi quay vòng, ôtô được xem là một thể thống nhất mà tất cả các điểm của nó được quay quanh tâm quay tức thời trong từng thời điểm. Để đạt điều kiện trên, các bánh xe khi quay vòng không bị trượt đồng thời cũng để điều khiển dễ dàng thì các đường tâm quay của các bánh xe phải gặp nhau tại điểm O. III. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI: Trục lái là đòn dài có thể rỗng hoặc đặc để truyền moment quay từ bánh lái xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vôlăng nghĩa là sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái của tài xế khi điều khiển. Ở các xe đời mới góc này có thể thay đổi được và truyền lực bằng khớp nối cardan. 1. Cơ cấu lái: - Cơ cấu lái là hộp giảm tốc đảm bảo tăng moment quay của tài xế đến các bánh xe. Kết cấu các cơ cấu lái thường dùng là: a). Trục vít – cung răng: - Ưu điểm của loại này là giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít – bánh răng. - Cung răng có thể là cung răng thường hoặc cung răng bên. Cung răng bên có ưu điểm tiếp xúc theo toàn bộ chiều dài răng, do đó giảm được ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mòn cho nên thích hợp với ôtô tải lớn. b). Trục vít – con lăn: - Loại này có ưu điểm vì trục vít có dạng glopoit cho nên chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mòn. - Tải trọng tác dụng lên chi tiết được phân tán, tuỳ theo cở ôtô mà có 2 đến 4 vòng ren. - Giảm ma sát, do ma sát lê thay bằng ma sát lăn. - Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp. - Loại này có ưu điểm cơ bản là có thể có tỷ số truyền thay đổi. - Cơ cấu lái loại này được dùng ở hệ thống lái không cường hoá, chủ yếu đối với ôtô tải và khách. c). Trục vít- chốt quay: - Loại này có ưu điểm cơ bản là có thể có tỷ số truyền thay đổi. - Cơ cấu lái loại này được dùngở hệ thống lái không cường hoá, chủ yếu đối với ôtô tải và khách d). Loại liên hợp: - Thường dùng nhất là loại trục vít ecrou – thanh khía – cung răng. - Sự nối tiếp giữa trục vít và ecrou bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít (ma sát). - Loại này thường được sử dụng trên ôtô cở lớn. 2. Dẫn động lái: - Dẫn động lái gồm hệ thống các đòn để truyền lực từ cơ cấu lái đến quay bánh xe. Đồng thời đảm bảo cho các bánh xe của ôtô quay vòng với động học đúng. - Bộ phận quan trọng của dẫn động lái là hình thang lái. Hình thang lái có nhiệm vụ bảo đảm động học bánh dẫn hướng làm cho bánh xe khỏi bị trượt lê khi lái, do đó bớt hao mòn lốp. 3. Các trợ lực lái: - Dùng trợ lực lái để việc điều khiển hệ thống lái được nhẹ nhàng hơn. - Trợ lực lái có hai loại thông dụng: + Trợ lực lái bằng thuỷ lực. + Trợ lực lái bằng khí nén. IV. BỘ LÁI TRỢ LỰC: 1. Căn bản của bộ lái trợ lực: Do nhu cầu tải trọng và vận chuyển, ôtô ngày nay được chế tạo càng ngày càng lớn, càng nặng, công suất động cơ càng khỏe thêm, nhiều ôtô dùng bánh xe có hông lốp rộng hơn. Với những thay đổi tính năng này của ôtô, hệ thống lái cơ khí thông thường bằng tay gặp phải nhiều bất lợi. Để cải tiến, người ta thiết kế bộ lái trợ lực (power assisted steering). Bộ lái trợ lực này cung cấp một lực đẩy phụ để xoay vành lái điều khiển hai bánh xe dẫn hướng. Thông thường ôtô không có hệ thống lái tiếp sức hoàn toàn (full power steering) nhưng có bộ lái trợ lực. Ôtô trang bị bộ lái trợ lực, nếu gặp phải tình huống hệ thống lái trợ lực bị hỏng, hoặc động cơ chết máy, vẫn có thể điều khiển lái xe như thường. Bộ lái trợ lực được tác động do khí nén, điện lực hay thủy lực. Ngày nay bộ lái trợ lực thủy lực được trang bị cho nhiều ôtô du lịch và tất cả ôtô tải. Vầ mặt kết cấu của hệ thống lái thủy lực, cơ bản giống như hệ thống lái cơ khí thường, nghĩa là vẫn có cơ cấu lái, cơ cấu dẫn động lái, vành lái và cột lái, điều khác biệt chính là có thêm bơm thủy lực (power steering pump) và xy lanh lực (power booster). Khi tác động một lực xoay vành lái khoảng 1,5 đến 7 pounds (0,68kg – 3,17kg), van dầu sẽ mở, bơm thủy lực đẩy dầu vào xy lanh lực tạo công suất bẻ lái các bánh xe trước. Khi động cơ hoạt động, bơm thủy lực bơm liên tục để tạo sức đẩy này. Có hai kiểu hệ thống lái trợ lực thủy lực được trang bị cho ôtô - Loại cùng khối (intergral type) trong loại này, piston và xy lanh lực được lắp đặt trực tiếp cùng khối với cơ cấu lái tại cột lái. - Loại cần đẩy (Linkage type), trong loại xy lanh này và piston lực được lắp ráp giữa sườn xe và cơ cấu dẫn động lái. Bộ lái trợ lực loại cùng khối được sử dụng rộng rãi. Bộ lái trợ lực loại cần đẩy được sử dụng nhiều cho ôtô tải. 2. Bơm thủy lực: Trong lúc xe lăn bánh, bơm thủy lực hoạt động liên tục để cung cấp áp suất thủy lực cao cho cơ cấu lái. Bơm được dẫn động do cây curoa và buli trục khuỷu. Kết cấu của một bơm thủy lực loại cánh van (vane type). Các cánh van trượt vào ra trong rôto và luôn luôn tiếp xúc với vách bơm dạng ôvan. Khi rôto quay, các cánh van bung ra trong khoang lớn và thu vào trong khoang hẹp giữa rôto và vách bơm, tạo lực hút, đẩy dầu thủy lực. Trong bơm có trang bị van điều áp để giới hạn áo suất tối đa của bơm khoảng 750 PSI (52,50 kg/cm2). Bơm dầu kiểu phiến trượt. - Bơm phiến trượt tạo ra áp suất thuỷ lực lớn nhất khoảng 90 (kG/cm2). - Hiệu suất: 0.7 - 0.75. Ưu điểm của loại bơm này là kết cấu và công nghệ đơn giản dễ chế tạo, khối lượng nhỏ, giá rẻ tuy nhiên các chi tiết không bền, nhanh hỏng hóc. Cấu tạo của bơm phiến trượt Bình dầu (1) được làm bằn chất dẻo hay dập bằng thép, có thể được gắn trực tiếp lên bơm hay gắn rời và được nối với bơm bằng hai ống mềm. Vỏ bơm (2) được gia công chính xác, bằng thép, bên trong vỏ có các rãnh, tại các rãnh có phiến trượt (6), lò xo (3) và phiến tỳ (4). Rôto (5) hình trụ có dạng lệch tâm đặt bên trong vỏ phiến trượt (2), bề mặt của rôto được gia công tinh đạt độ bóng cao. Dưới sức ép của lò xo (3) các phiến trượt bị ép sát vào bề mặt của rô to. Khi rô to (5) quay thể tích nằm giữa phiến tỳ (4), phiến gạt (6) và cỏ (2) thay đổi. Khi thể tích tăng chất lỏng được nạp vào khoang thể tích này và khi thể tích giảm chất lỏng được ép ra ngoài. Như vậy một vòng quay của rô to phiến gạt thực hiện được một hành trình làm việc. 1 - Bình chứa dầu.2 - Vỏ phiến trượt.3 - Lò xo ép phiến trượt.4 - Phiến tỳ.5 - Rôto lệch tâm quay.6 - Phiến trượt.7 - Cụm van điều tiết. 8 - Vỏ bơm. 9 - Nắp bơm. Bơm phiến trượt có cấu tạo gọn, các chi tiết bền và có hiệu suất làm việc khá cao. Tuy nhiên giá thành chế tạo loại bơm này hơi cao. Áp suất dầu tạo ra trong khoảng 60 - 80 (kG/cm2). Cũng giống như bơm phiến gạt, để đảm bảo cho quá trình làm việc trên bơm phiến trượt cùng yêu cầu lắp đặt các thiết bị phụ trợ khác như: van an toàn, van điều khiển lưu lượng và thiết bị bù không tải. Ngoài hai loại bơm đã được giới thiệu ở trên còn một số loại bơm thuỷ lực khác cũng được sử dụng trong các bộ trợ lực thuỷ lực tuy nhiên do đặc điểm về kỹ thuật nên không được sử dụng phổ biến trên các loại bộ trợ lực ngày nay như: Bơm Piston, bơm bánh răng, bơm trục vít. 3. Bộ trợ lái thủy lực loại van trượt * Cấu tạo: Cơ cấu lái gồn trục vít, êcu, viên bi, thanh răng và bánh răng rẻ quạt. Bánh răng rẻ quạt được chế tạo liền trục chuyển hướng. Đầu ngoài trục chuyển hướng lắp với đòn quay đứng bằng then hoa côn, đầu còn lại nắp vít điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa thanh răng và bánh răng rẻ quạt. Cơ cấu lái có cấu tạo như ở hệ thống lái thường. Bộ trợ lực gồm: xy lanh lực và van phân phối. Xy lanh lực là vỏ của cơ cấu lái, thanh răng đồng thời là piston ngăn xy lanh lực thành khoang A và B, các khoang đều có các đường dầu tới van phân phối đặt ngay trên trục lái. Êcu được định vị chặt với piston thanh răng nhờ vít hãm . Van phân phối (van điều khiển) là loại van trượt đặt trên trục lái gồm trụ trượt (12), vỏ van (13) và van bi (11). Trong vỏ đặt những trụ phản ứng (23) được phân cách bởi các lò xo được nén sơ bộ. Lò xo được xiết bằng êcu (15), lực xiết nặng xác định giá trị lực đóng bộ trợ lực. Giữa các mặt bên của vỏ van và vành trong của ổ bi có khoảng hở T để trụ trượt di chuyển.Trên vỏ van phân phối có đường dầu từ bơm tới và đường dầu hồi về bình chứa. * Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc, bơm dầu cung cấp dầu có áp suất cao tới van phân phối về bình chứa qua đường dầu hồi. Van phân phối có nhiệm vụ đóng mở đường dầu tới các khoang của xy lanh tùy theo tình trạng hoạt động của hệ thống lái. Các trụ Bộ trợ lực lái có cấu trúc tùy thuộc loại kết cấu cơ cấu lái. Một số cơ cấu lái thường phản ứng và lò xo đặt trong vỏ van có xu hướng đưa trụ trượt về vị trí trung gian và giữ trượt ở vị trí này. Khi xe chuyển động thẳng, trụ trượt của van phân phối ở vị trí trung gian. Dầu cao áp từ bơm tới van phân phối đi vào cả hai khoang của xy lanh rồi theo đường dầu hồi về bình chứa. Do dầu trong hai khoang có áp suất cao như nhau nên pit tông được giữ đứng yên, đồng thời các va đập từ bánh xe được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái nên xe chuyển động thẳng ổn định ngay cả khi mặt đường không bằng phẳng. Ơ vị trí trung gian bơm dầu làm việc ở chế độ không tải, bớt tiêu tốn công suất của động cơ. Khi quay vòng người lái quay vòng tay lái làm trục vít quay, pit tông thanh răng dịch chuyển tịnh tiến để xoay bánh răng rẻ quạt, đòn quay đứng. Lực cản quay từ bánh xe tạo ra lực tác dọc tác động vào trục vít. Khi lực dọc này thắng sức căng lò xo đặt giữa hai trụ phản ứng, trục vít và trục trượt của van phân phối sẽ dịch chuyển theo chiều trục trong khoảng hở T. Van phân phối rời khỏi vị trí trung gian đưa bộ trợ lực lái vào hoạt động. Cụ thể như sau: Khi quay vòng sang phải, bởi trục vít có ren trái nên lực dọc đẩy trục vít, trụ trượt dịch chuyển sang phải. Van phân phối mở đường dầu cao áp (C) từ bơm vào khoang bên phải pit tông, tạo ra lực đẩy piston sang trái nên người lái quay vô lăng nhẹ nhàng hơn. Dầu từ khoang bên trái piston theo rãnh dầu (D), qua van phân phối, đường dầu hồi để về bình chứa. Khi quay vòng sang trái, quá trình xảy ra tương tự. Trụ trượt của van phân phối dịch chuyến sang trái. Van phân phối mở đường dầu cao áp (D) từ bơm dầu vào khoang bên trái piston đẩy piston dịch chuyển sang phải. Dầu từ khoang bên phải (C) trở về bình chứa. Trong khi quay vòng nếu ngừng quay vô lăng trụ trượt của van phân phối sẽ trở về vị trí trung gian do áp lực dầu đẩy pit tông và lò xo trụ phản ứng, bởi lúc này lực cản quay không còn. Dầu đi vào cả hai khoang của xy lanh giữ nguyên pit tông để duy trì góc xoay đã có của hai bánh xe dẫn hướng. Muốn quay vòng tiếp hay trở về trạng thái chuyển động thẳng phải tiếp tục quay vô lăng. Nhờ vị trí trung gian mà hai bánh xe dẫn hướng không bị quay quá ý muốn của người lái. Các trạng thái làm việc của trợ lực lái thủy lực Trong trường bánh xe dẫn hướng bị thủng, muốn cho ô tô không quay về phía bánh xe thủng ấy thì người lái phải giữ nguyên vô lăng ỏ vị trí ban đầu. Giả sử bánh xe bị thủng, hai bánh xe sẽ nghiêng về phía trái tạo ra lực đẩy piston, trục vít, trụ trượt van phân phối sang phải. Van phân phối mở đường dầu cao áp vào khoang bên phải của piston để cho hướng chuyển động của ô tô được duy trì. Van phân phối. Van phân phối là bộ phận được bố chí trong hộp cơ cấu lái, có chức năng thay đổi đường dẫn dầu áp lực cao, thay đổi lượng dầu áp lực cao đến xylanh lực tuỳ theo vị trí của vành lái. Có bốn loại van phân phối được sử dụng phổ biến trên các loại trợ lực thuỷ lực hiện nay là: Van quay, van ống, van cánh, van trượt... . 1 - Thân van. 2 - Thanh xoắn. 3 - Mặt bích. 4 - Đường dầu hồi. 5 - Vòng chặn. 6 - Ổ bi. 7- Trục vít. 8 - Chốt khóa. 9 - Bạc trượt. 10 - Thân cơ cấu lái. 11 - Lò xo. 12 - Bulong điều chỉnh. 13 - Nêm. 14 - Thanh răng. 15 - Đường dầu vào. 16 - Phớt làm kín. Van phân phối là bộ phận được bố chí trong hộp cơ cấu lái, có chức năng thay đổi đường dẫn dầu áp lực cao, thay đổi lượng dầu áp lực cao đến xylanh lực tuỳ theo vị trí của vành lái. Có bốn loại van phân phối được sử dụng phổ biến trên các loại trợ lực thuỷ lực hiện nay là: Van quay, van ống, van cánh, van trượt... . Thân van (1) được nối với trục chủ động bằng khớp then và được cố định với thanh xoắn (2) bằng thanh khóa. Thanh xoắn (2) được cố định với trục vít bằng chốt khóa (8). Khi trục chủ động quay làm trục (1) quay làm thanh xoắn và thân van quay theo quay, do thanh xoắn không quay hoàn toàn nên chỉ truyền một phần mô men từ trục chủ động xuống trục vít. Khi thân van quay sẽ làm thay đổi đường dầu từ bơm dẫn tới các buồng xylanh. 4. Bộ trợ lái thủy lực loại van xoay. Ở hệ thống này thanh răng được thiết kế hơi khác so với lái thường một chút. Một phần của thanh răng có chứa một xilanh va 1 pittong luôn ở vị trí giữa. pittong được nối với thanh răng. Có 2 đường ống dẫn chất lỏng ở 2 bên của pittong . Một dòng chấ long có áp suất cao sẽ được bơm vào 1 đầu đường ống để đẩy pittong dịch chuyển hỗ trợ thanh răng dịch chuyển . Như vạy khi ta đánh lái sang bên nào thì cũng vó sự hỗ trợ của hệ thống thủy lực sang bên đó. Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực lái thủy lực: Khi xoay vành tay lái , sự cản trở gây ra bởi trong lượng xe và sự ma sat giữa bánh xe va mặt dường gây ra sự xoắn trên thanh xoắn làm van xỏa 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 2 mặt pitong 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 trụng tâm, áp lực cân bằng trên 2 mặt pittong, lúc này banh xe trở về vị trí thẳng đứng. Lượng dầu ở 2 đường ống được điều khiển bằng van xoay. Sơ đồ kết cấu van xoay Chi tiết chính của van xoay: Thanh xoắn là 1 thanh kim loại mỏng có thể xoắn được khi có 1 momen tác dụng vào nó. Đầu trên của thanh 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 giảm 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 1 thành phần bên trong của khối van hình trụ ống. Nó cũng nối với đầu mút phía trên của thanh xoắn. Phía dưới thanh soắn nối với phía ngoài của của 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. Nguyên lý hoạt động của van quay: Khi người lái xoay vành tay lái thì sẽ làm cho thanh xoắn vặn đi, nó làm bên trong van ống xoay tương đối 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 tác động, cả 2 đường ống thủy lực đều cụng cấp áp suất như nhau cho cơ cấu lái. Nhưng nếu van ống được xoay về 1 bên, các đường ống sẽ được mở để cung cấp dòng cao áp cho đường ống phía bên đó. V. HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TỬ: Giới thiệu về hệ thống lái điện tử Trợ lực lái cải tiến sử dụng một ECU trợ lực lái để điều khiển lực quay vô lăng cần thiết phù hợp với tốc độ xe, tạo lực lái nhỏ khi tốc độ xe thấp và tạo lực lái lớn khi tốc độ xe tăng để đạt được cảm giác lái tốt nhất. Có hai phương pháp để thay đổi lực lái là: Hệ thống trợ lực lái cải tiến với sự phân nhánh áp suất dầu tác dụng lên piston và Hệ thống trợ lực lái kiểu mới thay đổi moment xoắn của thanh xoắn trong van điều khiển. 2. Các bộ phận trong hệ thống lái điện tử: Hệ thống lái điện tử ngoài các bộ phận giống như hệ thống lái thường còn có thêm các bộ phận sau: a). Cảm biến tốc độ: Cảm biến tốc độ được gắn bên trong đồng hồ đo tốc độ nó bao gồm một công tắc được đóng ngắt liên tục bởi chuyển động quay của dây đồng hồ đo tốc độ. Các cảm tốc độ sau đang được sử dụng: * Kiểu lưỡi gà: Nam châm trên cáp đồng hồ tốc độ quay và từ trường của nam châm làm công tắc lưỡi gà đóng và mở. Một đầu của công tắc lưỡi gà được nối mass, đầu kia được nối với ECU. Công tắc lưỡi gà bật và tắt điện áp cung cấp tạo ra xung tương ứng với sự hoạt động bật – tắt của công tắc. Bốn xung được sinh ra trong trong mỗi vòng quay của dây, tốc độ xe cao hơn thì sẽ sinh ra nhiều xung hơn trong một đơn vị thời gian. * Kiểu tế bào quang điện: Một đĩa có xẻ rãnh trên dây đồng hồ tốc độ quay và tế bào quang điện bị bật - tắt do ánh sáng chiếu đến nó bị gián đoạn liên tục do sự che khuất của đĩa xẻ rãnh. Khi điện áp cấp lên mạch này sẽ sinh ra xung tương ứng với sự bật - tắt của tế bào quang điện. 20 xung được sinh ra trong một vòng quay của đồng hồ tốc độ, nên 1/5 những xung (4 xung) được sinh ra này là các tín hiệu tốc độ xe. Tốc độ xe cao hơn thì sinh ra nhiều xung hơn. b). ECU trợ lực lái : - ECU này được dùng để điều khiển van điện. Nó gửi các tín hiệu điều khiển tới van điện phù hợp với các tín hiệu tốc độ của xe từ cảm biến tốc độ. - Các tín hiệu ra từ ECU thay đổi hệ số tác dụng của các tín hiệu xung 250 Hz theo tốc độ xe vì vậy sinh ra tín hiệu điện áp cường độ trung bình thay đổi. c). Van điện : - Van điện được gắn trong cơ cấu lái, nó có tác dụng làm thay đổi kích thước của dầu mạch nhánh nối hai phía của xi lanh lực. - Ống của van bị kéo khi van bị kích thích bởi tín hiệu từ ECU trợ lực lái. - Hệ số tác dụng của tín hiệu thay đổi khi tốc độ xe thay đổi, làm thay đổi điện áp dẫn đến thay đổi lực điện từ của cuộn dây theo tốc độ xe. Vì vậy, mức độ ống bị kéo và kích thước của cửa dầu thay đổi theo tốc độ xe. Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử Cảm biến; 2- Bộ sử lý trung tâm ECU; 3- Bơm dầu, 4- Bình dầu Hệ thống lái trợ lực điện EPS. Bộ trợ lực lái điều kiển điện ửt gồm có trục lái được chia làm hai phần .Phần trên nối với vành tay lái, phần dưới (đầu ra) được nối với thanh răng. Đầu ra là dạng bánh răng ăn khớp với thanh răng. Hai phần của trục lái không nối cứng với nhau mà có thể chuyển động tương đối với nhau. Và hai phần của trục lái được liên hệ với nhau nhờ bộ bánh răng hành tinh. Bộ bánh răng hành tinh bên ngoài có các răng được ăn khớp với bánh răng của động cơ điện. Còn bên trong là bốn bánh răng hành tinh quay quanh bánh răng trung tâm. Bánh răng trung tâm là phần cuối của trục lái. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử : Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử (hệ thống lái linh hoạt) hoạt động không như các hệ thống lái khác .Khi xe chạy với tốc độ chậm ,bình thường thì việc điều khiển xe tương đối dễ dàng ,lúc này bộ trợ lực điều khiển điện tửvẫn chưa hoạt động.. Khi xe chạy với tốc độ cao ,tình trạng mặt đường xấu vàcó sự thay đổi đột ngột trong khi lái như qua khúc cua với tốc độ cao, lạn lách để trách các xe khác thì lúc này bộ trợ lực điều khiển điện tử mới hoạt động để hỗ trợ cho người lái sử lý tình huống một cách dễ dàng hơn. Để biết được những sự thay đổi đó thì ở hhệ thống lái này có các cảm biến để thu nhận những tin hiệu để truyền đến bố xử lý trung tâm ECU. Thường có các cảm biến như cảm biến tốc độ của xe, cảm biến góc quay vành tay lái Bộ xử lý trung tâm ECU sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến sẽ xử lý các thông tin đó và đưa ra tín hiệu để điều khiển cho động cơ điện quay, làm cho bộ bánh răng hành tinh quay theo dẫn tới thanh răng sẽ được chuyển động và làm cho các bánh xe dẫn hướng hoạt động. Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử hoạt động không phụ thuộc hoàn toàn vào sự điều khiển của người lái mà nó có thể tự điều khiển việc lái xe khi mà người lái chưa tác dụng một lực nào lên vành tay lái, tức là nó có thể xen vào tức thời để hỗ trợ cho người lái. Trên đa số các xe hơi hiện nay người ta thường phải xoay vành tay lái đến ba bốn vòng để chuyển hướng bánh xe từ cuối cùng bên trái sang tận cùng bên phải và ngược lại. Một tỷ số truyền cao nghĩa là lái xe phải quay vành tay lái nhiều hơn để bánh xe đổi hướng theo một khoảng cách cho trước. Tuy nhiên một tỷ số truyền cao sẽ không hiệu quả bằng tỷ số truyền thấp. Tỷ số truyền thấp sẽ cho tay lái phản ứng nhanh hơn. Với hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử thì có thể thay đổi tỷ số truyền lái để phù hợp với từng trường hợp có thể xảy ra trong quá trình lái xe. Đặc biệt là khi xe qua chỗ cua gấp thì không cần xoay nhiều vành tay lái. Còn đối với xe không có bộ trợ lực điều khiển điện tử thì không thể thay đổi được tỷ số truyền Vết của các bánh xe ở hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử Với hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử thì khi người lái thay đổi hướng chuyển động của xe như lúc quay vòng hay vượt lên trước xe khác thì vết của hai bánh trước và sau trùng nhau , chính điều này giúp cho lốp xe ít bị mòn và bám sát quỹ đạo quay vòng của xe. Vết của các bánh xe ở hệ thống lái không có điều khiển bằng điện tử Đối với các xe không dùng hệ thồng lái trợ lực điều khiển điện tử thì khi thay đổi hướng chuyển động của xe như lúc quay vòng hoặc vượt lên trước xe khác thì vết của hai bánh xe trước và hai bánh sau không trùng với nhau , nên lốp của các bánh xe mau mòn hơn và quay vòng cũng không xác bằng hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử và đặc biệt là lúc quay vòng ở tốc độ cao sẽ dễ bị lật xe. Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử: * Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử có thể thay đổi tỷ số truyền lái một cách linh hoạt tùy thuộc vào tốc độ của xe và góc quay vành tay lái . * Khi chuyển hướng xe đột ngột thì vết của hai bánh trước và sau trùng nhau tránh cho lốp xe it bị mòn. * Không cần phải quay nhiều vòng vành tay lái khi qua khúc cua, chỉ cần một tác động nhỏ ở vành tay lái là đã tạo nên một góc xoay tương đối lớn ở bánh xe. Giúp cho người lái có cảm giác thoải mái và tự tin . * Quay vòng xe sát ,giảm bớt lực tác dụng lên vành tay lái * Với hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử thì nó có thể xen vào trong một tức khắc để điều chỉnh nếu hệ thống l...ều khiển bộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu đến các xilanh bánh xe nhằm điều khiển tốt nhất tốc độ các bánh xe. ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra ban đầu, chức năng kiểm tra phân tích chẩn đoán, chức năng bảo vệ an toàn khi có sự cố, chức năng điều khiển các rơle, chức năng kiểm tra cảm biến. + Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS : + Chức năng điều tiết tốc độ bánh xe : ECU liên tục nhận được các tín hiệu tốc độ bánh xe từ bốn cảm biến tốc độ và nó phân tích tốc độ bánh xe bằng các tính toán tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe. Khi đạp phanh bộ điều khiển điện tử được lệnh từ “Công tắc đèn thắng”, nhận tín hiệu tốc độ của cả 4 bánh xe, ra lệnh cho bộ chấp hành ABS (bộ phân lượng áp suất ) phân phối áp suất dầu thắng theo định lượng khác nhau cho từng ống thắng ở mỗi bánh xe. Mỗi bánh xe nhận một áp suất dầu thắng cao hay thấp tùy ý theo tốc độ vòng của bánh xe đó. Bánh xe quay nhanh thì phải thắng mạnh với áp suất cao, bánh xe quay chậm thì thắng nhẹ với áp suất thấp hơn, để quân bình 4 bánh phải cùng một tốc độ và khi 4 bánh xe đứng hẳn thì trong mỗi giây cả 4 bánh đềâu được thắng đứng rồi nhả nhiều lần, động tác này nhằm không cho xe trượt trên mặt đường. + Chức năng điều khiển các rơle : Điều khiển rơle van điện : ECU bật rơle của van điện khi tất cả các điều kiện sau đều thỏa mãn : - Khóa điện bật. - Chức năng kiểm tra ban đầu (nó hoạt động ngay lập tức sau khi khóa điện bật) đã hoàn thành. - Không tìm thấy hư hỏng trong quá trình chẩn đoán. ECU tắt rơle van điện nếu một trong các điều kiện trên không được thỏa mãn. Điều khiển rơle môtơ bơm : ECU bật rơle môtơ khi tất cả các điều kiện sau đều thỏa mãn : - ABS đang hoạt động hay chức năng kiểm tra ban đầu đang được thực hiện. - Rơle van điện bật. ECU tắt rơle môtơ bơm nếu bất kỳ điều kiện nào ở trên không thỏa mãn. Chức năng kiểm tra ban đầu : ABS ECU kích hoạt van điện và môtơ bơm theo thứ tự để kiểm tra hệ thống điện của ABS. Chức năng này hoạt động khi tốc độ xe lớn hơn 6km/h với đèn phanh tắt. Nó chỉ hoạt động một lần sau mỗi lần bật khóa điện. * Lưu ý : Chức năng kiểm tra ban đầu bao gồm những mục được tiến hành sau khi xe khởi hành như được mô tả như trên hay những mục được tiến hành vài giây sau khóa điện bật. + Chức năng kiểm tra phân tích chẩn đoán : Khi công tắc hệ thống đánh lửa được mở lên, bộ điều khiển sẽ vận hành việc kiểm tra chức năng ở các bộ phận logic, các mạch điện chống kẹt thắng và các thiết bị. Nếu có bất kỳ sự cố nào hoặc sự phát hiện nào được ghi nhận, bộ điều khiển sẽ vô hiệu hóa hệ thống ABS và sẽ bật sáng đèn cảnh báo ở nhóm khí cụ đo. Bộ điều khiển cũng có một chương trình chuẩn lỗi mà có thể được kích hoạt bằng việc nối một bộ kiểm tra đặc biệt vào hệ thống hoặc là bằng việc tiếp đất đầu nối chuẩn lỗi để truy tìm những mã lỗi được lưu trữ bằng việc nhấp nháy đèn biểu thị chống kẹt thắng. Nếu hệ thống bị vô hiệu hóa bởi sự cố đèn biểu thị chống kẹt thắng sẽ bật sáng. Để xác định nguyên nhân hư hỏng, bộ điều khiển phải được tháo ra khỏi hệ thống và được kết nối với bộ kiểm tra ABS với màn hình VFD, sử dụng với bảng ngắt. Khi bộ kiểm tra được bật mở, nó sẽ đưa vào kiểm tra trạng thái các đường dẫn nhập sau đó thực hiện kiểm tra liên tục các bộ cảm biến ở bánh xe. Khi sự cố được xác định nó sẽ được hiển trị trên màn hình ở bộ kiểm tra. Những lỗi ở bộ kiểm tra được sử dụng để chọn biểu đồ chẩn đoán cần thiết. Khi bộ vi xử lý xác định có một vấn đề bất thường trong hệ thống, nó có thể tạo ra một mã chuẩn lỗi để có thể truy tìm lỗi đó. + Chức năng kiểm tra cảm biến : Bên cạnh chức năng chẩn đoán, ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ (nó chẩn đoán tính năng của các cảm biến tốc độ và rôto). Một vài kiểu xe cũng bao gồm chức năng kiểm tra cảm biến giảm tốc độ để chẩn đoán cảm biến giảm tốc. Chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ : - Kiểm tra điện áp ra của tất cả các cảm biến. - Kiểm tra dao động điện áp ra của tất cả các cảm biến. Chức năng kiểm tra cảm biến giảm tốc : (chỉ cảm biến giảm tốc kiểu phototransistor). - Kiểm tra điện áp ra của cảm biến giảm tốc. - Kiểm tra hoạt động đĩa xẻ rãnh. + Chức năng bảo vệ an toàn khi có sự cố : Khi ôtô đang chuyển động, mỗi bộ vi xử lý sẽ nhận được những tín hiệu ở bộ cảm biến bánh xe. Những tín hiệu này được sử dụng để tính toán đốc độ bánh xe riêng biệt, sự gia tốc và trị số trượt của mỗi bánh xe. Nếu dữ liệu nhập vào rơi vào trong giới hạn qui định các bộ vi xử lý sẽ so sánh với sự phân tích dữ liệu của chúng. Nếu chúng đồng ý tín hiệu chống kẹt thắng sẽ được gửi đến van solenoid thích hợp trong khối thủy lực để bắt đầu việc tạo xung áp lực thắng trong mạch điện đó. Nếu dữ liệu nhập vào không nằm trong giới hạn quy định ở chương trình của bộ vi xử lý hay là sự phối kiểm phân tích khác nhau, chức năng chốc kẹt thắng ngay lập tức bị vô hiệu hóa và thông báo đến cho người lái xe. Việc vô hiệu hóa chức năng chống kẹt thắng sẽ không ảnh hưởng đến sự hoạt động của hệ thống thắng thường. Nếu tất cả 4 bộ cảm biến đều không hoạt động hoặc là những tín hiệu của nó không đến được bộ điều khiển do một vài lý do nào khác, bộ điều khiển sẽ không có phương tiện để cảm nhận được là ôtô đang di chuyển. Khi đó bộ điều khiển sẽ nghĩ rằng ôtô đang ở trạng thái không hoạt động, chức năng chống kẹt thắng sẽ bị vô hiệu hóa mà không có việc bậc sáng đèn chỉ báo. Cấu hình mã lỗi sử dụng ở hệ thống ABS của Toyota trên ôtô hiệu Celica. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ABS ABS trong hệ thống phanh thuỷ lực là một bộ tự điều chỉnh áp suất dầu đưa vào xi-lanh bánh xe sao cho phù hợp với chế độ lăn bánh của bánh xe nhằm hạn chế hoàn toàn khả năng trượt lết của bánh xe khi phanh.Van điện là một trong những bộ phận quan trọng thực hiện các trạng thái phanh một cách tốt nhất. Tuỳ theo loại van điện sử dụng trong hệ thống phanh mà hệ thống ABS làm việc với nhiều trạng thái khác nhau. TRẠNG THÁI PHANH THƯỜNG Lúc này ECU chưa cung cấp điện để điều khiển van điện nên đường dầu tới (cổng A) mở, đường dầu về (cổng B) đóng ,áp lực dầu được truyền từ xi-lanh chính tới xi-lanh bánh xe. Tuy vậy ECU vẫn luôn tiếp nhận thông tin từ các cảm biến rồi so sánh với các ngưỡng giá trị có sẵn trong bộ nhớ của ECU do nhà chế tạo định sẵn. Lực phanh tăng hoặc giảm do sự tác động của người tài xế và bánh xe chưa có khả năng bị hãm cứng. Trạng thái tăng áp lực phanh của van điện ba vị trí TRẠNG THÁI GIẢM ÁP LỰC PHANH Trạng thái giảm áp lực phanh của van điện ba vị trí Các tín hiệu từ hệ thống các cảm biên gởi đến ECU tiếp nhận, tính toán, so sánh biết được bánh xe có khả năng bị hãm cứng và quyết định chống hãm cứng bánh xe đó bằng cách đưa dòng điện khoảng 5A nhằm tạo ra lực từ mạnh ở cuộn dây để đóng đường dầu tới (cổng A), mở đường dầu về (cổngB) do vậy mà áp lực dầu không đến xi-lanh bánh xe nữa mà từ xi-lanh bánh xe trở về bình tích trữ làm cho áp lực phanh giảm bánh xe không bị bó cứng nửa. Nếu áp lực phanh vẫn còn lớn để làm bó cứng bánh xe thì ECU sẽ điều khiển bơm ABS bơm dầu từ bình tích trữ về xi-lanh chính, áp lực phanh giảm nhanh và bánh xe không còn khả năng bị bó cứng nửa. TRẠNG THÁI GIỮ ÁP LỰC PHANH Áp lực phanh tăng hoặc giảm ở xi-lanh bánh xe khi ECU nhận thấy giá trị phù hợp, thì ECU gởi dòng điện tới cuộn dây khoảng 2A vừa đủ để đóng đường tới (cổng A) và đóng đường về (cổng B) làm cho áp lực phanh không đổi ở xi-lanh bánh xe. Lúc này ECU tiếp tục điều khiển bơm ABS làm việc để trả dầu từ bình tích năng làm tăng áp lực phanh ở xi-lanh chính chuẩn bị cho quá trình tăng áp tiếp theo nếu cần thiết. Trạng thái giữ áp lực phanh của van điện ba vị trí TRẠNG THÁI TĂNG ÁP LỰC PHANH Khi áp lực phanh cần được tăng thì ECU ngừng cung cấp dòng điện cho cuộn dây của van điều khiển, van mở đường dầu tới (cổng A) và đóng đường dầu về (cổng B), dầu đi từ xi-lanh chính tới xi-lanh bánh xe. Đồng thời ECU điều khiển cho bơm ABS hoạt động bơm dầu về xi-lanh chính của bánh xe nhằm làm tăng áp lực phanh. Thực ra trạng thái tăng áp lực phanh cũng chính là trạng thái phanh thường. Trạng thái tăng áp lực phanh của van điện ba vị trí TÓM LẠI: Các trạng thái làm việc của hệ thống phanh ABS thay đổi liên tục theo tình trạng của ôtô và mặt đường Hệ thống phanh khí nén ABS Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS Máy nén khí, 2- Van phân phối phanh sau, 3- Bộ giải nhiệt khí nén, 4- Bộ tách ẩm, 5- Bình hơi phanh trước, 6- Bình tích năng, 7- Bình hơi phanh sau, 8- Van xả nước, 9- Cơ cấu phanh trước, 10- Van điện từ ABS phanh trước, 11- Cần phanh trước, 12- Tổng van phân phối, 13- Van bảo vệ 4 ngã, 14- Bầu phanh trước, 15- Bình hơi cái, 16- Bình hơi phanh tay và trơ lực, 17- Van an toàn, 18- Cơ cấu phanh sau, 19- Bầu phanh sau, 20- Van đổi chiều hai ngã, 21- Van xả nhanh, 22- Van điện từ ABS phanh sau. Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh khí nén ABS. Hệ thống phanh chính. Khí nén từ máy nén khí 1 qua bộ giải nhiệt khí nén 3 và bộ tách ẩm 3 đi tới bình hơi cái 15 từ đó khí nén được phân phối tới các bình chứa 5, 7 và 16 qua van phân phối 13.Một phần còn lại qua bình tích năng mục đích bổ sung khí nén trong một thời gian tức thời ngoài ra còn có tác dụng dập tắt dao động áp suất. Khi đạp phanh : Khí nén từ các bình chứa 5, 7 đi vào tổng van phân phối 12, khí nén từ bình 5 qua tổng phanh đến van ABS 10 rồi cung cấp cho các bầu phanh trước tạo lực đẩy làm xoay cam thực hiện quá trình phanh bánh trước, còn khí nén từ bình chứa 7 cung cấp cho van phân phối 2 phanh sau để phân phối cho các van ABS 10 đến các bầu phanh sau thực hiện quá trình phanh. Khi nhả phanh : Khí nén từ các đường cấp của tổng van phân phối 12 sẽ được xả ra ngoài khí trời theo đường xả khí của tổng van phân phối 12. Lúc đó sẽ xảy ra hiện tượng sụt áp trên dòng điều khiển tới dòng phanh cầu trước và cầu sau. Khí nén một phần thoát ra ngoài qua van xả nhanh, một phần thoát ra qua van ABS và tổng phanh thực hiện việc nhả phanh. Hệ thống phanh dừng. Khi không phanh : Khí nén từ bình chứa 16 cấp khí cho van phanh dừng 11. Từ van phanh dừng 11 khí nén đến van hai ngả 20 cấp cho các van xả nhanh 21 cấp khí vào các bầu phanh tích năng cầu sau 19 ép lò xo tích năng lại thực hiện quá trình nhã phanh cầu sau. Khi phanh. Khi xoay van phanh dừng 11, sẽ xảy ra hiện tượng sụt áp ở dòng điều khiển các van xả nhanh 21 thông với khí quyển. Van xa nhanh 21 không cho khí nén từ bình chứa 16 vào ép lò xo tích năng và mở đường khí nén từ phần dưới piston của bầu phanh ra ngoài khí quyển qua van tăng tốc 21. Lực nén lò xo truyền đến cần của bầu phanh để phanh nhanh chóng. Hiệu quả phanh phụ thuộc vào góc xoay của cần điều khiển của van phanh dừng. Hệ thống ABS Giai đoạn tăng áp: Khi đạp phanh, khí nén từ tổng phanh vào đường 4 thắng lực lò xo đẩy piston tỷ lệ1 mở thông đường hơi cấp khí nén cho bầu phanh tiến hành phanh. Cuộn Solenoid2 mở cho khí nén đến tác dụng lên lò xo của piston tỷ lệ 2 ngăn không cho khí nén thoát ra ngoài . Bánh xe bị phanh do cấp khí nén vào bầu phanh. Bánh xe được phanh, do sự tăng momen phanh nên tốc đọ quay bánh xe giảm dần. Giai đoạn tăng áp 1-Bình chứa, 2-Tổng phanh, 3-Solenoid1, 4- Đường hơi vào van ABS, 5-Solenoid2, 6- Piston tỷ lệ 2, 7- Cảm biến, 8- Bầu phanh, 9- Đường hơi ra, 10- Piston tỷ lệ 1. Giai đoạn giữ áp: Trong quá trình phanh, nếu bàn đạp duy trì ở mức thích hợp với khả năng bám mặt đường bánh xe không bị trượt lớn hơn giới hạn trượt cho phép. Tín hiệu từ ECU điều khiển mở hai cuộn Solenoid khí nén đến phía trên của piston tỷ lệ 1 và phía dưới của piston tỷ lệ 2 đậy kín các đường vào và ra. Khí nén không được cấp cho bầu phanh nhưng cũng không được thoát ra ngoài khí quyển thực hiện quá trình giữ phanh. Giai đoạn giữ áp 1-Bình chứa, 2-Tổng phanh, 3-Solenoid1, 4- Đường hơi vào van ABS, 5-Solenoid2, 6- Piston tỷ lệ 2, 7- Cảm biến, 8- Bầu phanh, 9- Đường hơi ra, 10- Piston tỷ lệ 1. Giai đoạn giảm áp: Với quán tính chuyển động của bánh xe, bánh xe xuất hiện trượt lết tới giới hạn tính toán sẵn trong bộ điều khiển, cảm biến sẽ truyền tín hiệu về ABS-ECU, bộ xử lý này đưa tín hiệu đến Solenoid1 mở thông đường cấp tới tác dụng lên phía trên piston tỷ lệ 1 đóng lại cắt không cho khí nén thông với đường ra. Khí nén ở đường ra thắng lực ép lò xo của piston tỷ lệ 2 để thoát ra ngoài vì lúc này Solenoid2 đóng. Bầu phanh không được cấp khí nén thực hiện nhả phanh. Quá trình tăng áp, giữ áp, giảm áp xảy ra liên tục và thay đổi tuỳ thuộc vào sự đóng mở của các Solenoid được điều khiển bởi ABS- ECU. Giai đoạn giảm áp. 1-Bình chứa, 2-Tổng phanh, 3-Solenoid1, 4- Đường hơi vào van ABS, 5-Solenoid2, 6- Piston tỷ lệ 2, 7- Cảm biến, 8- Bầu phanh, 9- Đường hơi ra, 10- Piston tỷ lệ 1. Tiêu chuẩn cho phép đối với quãng đường phanh ôtô (TCVN 2000) với v = 30km/h Tiêu chuẩn Loại xe Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh cực đại (m/s2) Xe con 7,2 5,8 Xe tải dưới 8 tấn 9,5 5,0 Xe tải trên 8 tấn 11 4,2 HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG CHƯƠNG 9. KHUNG – VỎ XE I. CÔNG DỤNG – PHÂN LOẠI KHUNG XE : 1/- Công dụng : Khung xe có nhiệm vụ xây dựng được một cấu trúc bền vững cho thân xe bao gồm các vấu với giá đỡ an toàn để bắt chặt hệ thống treo xe và hệ thống giảm xóc. 2/- Phân loại : Nhiều kiểu khung ô tô đã được thiết kế và cho ra đời. Tuy nhiên phổ biến nhất là hai kiểu khung sau đây: - Kiểu khung thép thiết kế rời khỏi thân : Thân xe được bắt chặt nhiều điểm vào khung xe. - Kiểu thân – khung liền khối : có khung và thân xe được kết cấu hàn dính vào nhau thành một khối. II. THÂN –KHUNG XE LIỀN KHỐI: Trong kiểu cấu trúc này, nhiều vị trí khác nhau trên thân xe được gia cố vững chắc làm tăng thêm tính bền vững của toàn bộ thân xe. Các vị trí này được hàn dính vào nhau. Ngoài ra quanh thân xe còn có nhiều vấu và giá đỡ để gá hệ thống treo xe. Một số nhà thiết kế ô tô đã thiết kế loại thân xe có một phần khung. Trên loại này một đoạn khung được hàn vào đầu thên để làm nơi gắn động cơ, đoạn khung phía sau làm nơi gắn hệ thống treo xe và giảm xóc. (Hình 5 giới thiệu loại này của hãng Chrysler). Đoạn khung nơi đầu và đuôi xe kết cấu bằng thép tiết diện hình hộp được hàn cứng vào thân làm tăng thêm tính bền bỉ của cấu trúc thân xe. Với kiểu thiêt kế này người ta không cần phải có một khung xe dài chạy dọc từ trước ra sau. III. LOẠI KHUNG XE THƯỜNG DÙNG : Đây là loại cấu trúc rời giữa khung và thân xe. Thân xe được gắn lên khung bằng buloong qua trung gian là các đệm cao su nhằm giảm chấn động rung. Khung xe phải được kết cấu thật bền vững vì nó phải gánh chịu toàn bộ tải trọng nâng đỡ hệ thống treo xe, động cơ, hệ thống truyền động và thân xe cùng với hành khách, hàng hóa. Khung xe được cấu trúc bằng hai thanh đà dọc goại là dầm dọc. Các dầm này được gia cố vững chắc nhờ các dầm ngang. Dầm dọc và dầm ngang của khung xe được chế tạo bằng thép lá dày tiết diện hình máng chữ U – (channel), hình hộp (Boxed channel) và hình hộp chữ U (Boxed U – channel). Hình 6 A, B, C giới thiệu ba loại tiết diện này của cấu trúc khung xe. Tiết diện hộp được cấu tạo bằng hai máng U hàn chụp vào nhau (hình 6B). Tiết diện hình hộp chữ U gồm một máng U gắn chặt vào tấm tôn nhờ kỹ thuật tán rivê nguội (cold riveted). Tán rivê nguội có nghĩa là không nung nóng đỏ rivê trước khi tán. Nhờ vậy tránh được sự co rút của rivê khi nguội làm dịch chuyển hai chi tiết cần đính cố định vào nhau. Hình 7 A, B, C trình bày mặt nhìn bên hông và nhìn từ trên xuống của một số khung xe phổ biến cho ô tô ngày nay. Trong số này, kiểu khung xe dạng chữ nhật khép kín (Perimeter frame) là kiểu thiết kế được ưa chụong nhất. Hình nhìn bên hông cho thấy phần đầu và đuôi khung xe được uốn cong lên làm nơi gắn cầu truyền động chính, nhíp xe và hệ thống treo xe phía trước. CHƯƠNG 10. HỆ THỐNG TREO I. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU: 1. Công dụng: Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi giữa khung với hệ thống chuyển động. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo là giảm va đập sinh ra khi ôtô chuyển động, làm êm dịu khi qua các mặt đường gồ ghề không bằng phẳng. 2. Phân loại: - Theo bộ phận hướng chia ra các loại: - Hệ thống treo phụ thuộc. - Hệ thống treo độc lập. - Theo phần tử đàn hồi chia ra các loại: - Loại nhíp. - Loại lò xo. - Loại thanh xoắn. - Loại cao su. - Loại hơi. - Loại thuỷ khí. - Loại liên hợp. 3. Yêu cầu: Hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầu sau đây: - Có tần số dao động riêng của vỏ thích hợp, tần số dao động này được xác định bằng độ võng tĩnh ft. - Có độ võng động fđ đủ để cho không sinh ra va đập trên các trụ đỡ cao su. - Có độ dập tắt dao động của vỏ và bánh xe thích hợp. - Khi quay vòng hoặc khi phanh thì vỏ ôtô không bị nghiêng. - Đảm bảo cho chiều rộng cơ sở và góc đặt các trục đứng của bánh dẫn hướng không đổi. - Đảm bảo sự tương ứng giữa động học các bánh xe và động học của truyền động lái. II. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO: - Ở ôtô sử dụng hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập. Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng nhiều ở ôtô tải, hành khách và một số ôtô du lịch. Còn ở hệ thống treo độc lập được sử dụng khá nhiều ở ôtô du kịch và một số ôtô tải. - Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là đơn giản về kết cấu, trong khi đó vẫn đảm bảo được yêu cầu cần thiết của ôtô nhất là những ôtô có tốc độ lớn. Khuyết điểm là tốn nhiều thép và thời gian phục vụ ít. - Hệ thống treo độc lập có ưu điểm chủ yếu là tăng được khá nhiều tính êm dịu của ôtô khi chuyển động ở các điều kiện đường sá khác nhau, nhưng còn nhược điểm là kết cấu phức tạp, vì thế nó được sử dụng nhiều ở ôtô chuyển động tốc độ lớn. - Hệ thống treo gồm 3 phần chính: Bộ phận hướng, bộ phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn. 1. Bộ phận hướng: - Bộ phận hướng dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển của các bánh xe tương đối với khung hay vỏ ôtô và dùng để truyền lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh), lực ngang cũng như các moment phản lực. - Ở hệ thống treo phụ thuộc nhíp vừa làm nhiêïm vụ bộ phận đàn hồi vừa làm nhiệm vụ bộ phận hướng. - Ở hệ thống treo độc lập bộ phận hướng được làm riêng lẻ. Yêu cầu là phải đảm bảo vị trí bánh xe khi ôtô chuyển động thì sự dịch chuyển của bánh xe sẽ không làm thay đổi chiều rộng và chiều dài cơ sở ôtô. - Ở hệ thống treo phụ thuộc, khi các bánh xe dẫn hướng được nối với nhau bởi dầm cầu liền thì không thể đảm bảo đúng động học của các bánh xe. Cũng cần chú ý rằng không phải tất cả hệ thống treo độc lập điều có động học đúng của các bánh xe dẫn hướng. Bộ phận hướng ở hệ thống treo độc lập có các dạng sau đây: * Bộ phận hướng có 1 đòn. * Bộ phận hướng hình bình hành có hai đòn ngang bằng nhau. * Bộ phận hướng hình thang có hai đòn ngang không bằng nhau. - Các ôtô du lịch hiện nay, chiều rộng cơ sử cho phép thay đổi từ 45mm trên mỗi bánh xe để không làm trượt bánh xe trên mặt tựa () 2. Bộ phận đàn hồi: - Bộ phận đàn hồi dùng để truyền chủ yếu các lực thẳng đứng và để giảm tải trọng khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng và đảm bảo độ êm dịu cần thiết. Bộ phận đàn hồi có thể là: nhíp, lò xo, thanh xoắn, cao su, thuỷ khí, liên hợp a). Nhíp: - Nhíp được sử dụng khá nhiều ở ôtô tải, hành khách và du lịch với dầm cầu liền. - Kết cấu của nhíp gồm nhiều lá nhíp ghép lại. Các lá nhíp này được ghép lại với nhau bằng boulon trung tâm. Các lá nhíp có thể dịch chuyển tương đối với nhau theo chiều dọc. Do đó khi nhíp biến dạng sẽ sinh ra sự ma sát làm giảm các dao động khi ôtô chuyển động. - Trong trường hợp tải trọng tác dụng lên cầu có thể thay đổi đột ngột như ở cầu sau của ôtô tải người ta bố trí nhíp đôi, gồm nhíp chính và nhíp phụ. Khi không chở hàng thì nhíp chính làm việc, còn khi có tải trọng thêm thì nhíp phụ làm việc. Sử dụng nhíp đôi sẽ làm cho hệ thống treo có độ êm dịu tốt hơn. - Nhíp phụ có thể đặt trên hoặc dưới nhíp chính tuỳ theo vị trí của cầu và khung, kích thước của nhíp và biến dạng yêu cầu của nhíp. - Khi bố trí nhíp dọc thì lá trên cùng của nhíp sẽ làm việc nặng hơn vì ngoài nhiệm vụ đàn hồi còn truyền lực đẩy và phanh. b). Lò xo: - Lò xo trụ được dùng nhiều ở ôtô du lịch vơi hệ thống treo độc lập. Lò xo trụ có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước gọn gàng nhất là khi bố trí giảm chấn nằm lồng trong lò xo. c). Thanh xoắn: - Thanh xoắn được dùng ở một số ôtô du lịch kết cấu đơn giản nhưng bố trí khó khăn vì có chiều dài khá lớn. d). Loại khí (hơi): - Loại khí được sử dụng tốt ở các loại ôtô có trọng lượng được treo thay đổi khá lớn như ôtô tải, ôtô khách, đoàn xe. - Bộ phận đàn hồi loại khí có cấu tạo theo kiểu hình cao su, trong đó có chứa khí nén. e). Thuỷ khí: - Bộ phận đàn hồi thuỷ khí có sự kết hợp giữa chất lỏng và khí, ở đây áp suất của khí được truyền qua chất lỏng sẽ tiến hành dập tắt dao động. Vì thế bộ phận đàn hồi thuỷ khí sẽ làm luôn nhiện vụ giảm chấn. 3. Bộ phận giảm chấn: Cùng với sự ma sát của hệ thống treo (gồm có ma sát giữa các lá nhíp và các khớp nối) sẽ sinh ra lực cản của ôtô và chuyển cơ năng của dao động thành nhiệt năng. Bộ giảm chấn có hai loại thông dụng: loại đòn, loại ống. a). Bộ giảm chấn đòn: Chú ý: Các đường dầu rất nhỏ gây nên ma sát do đó tạo nên hiện tượng giảm chấn. b). Bộ giảm chấn ống: Nguyên lý làm việc của bộ phận giảm chấn dựa trên nguyên tắc chuyển dịch chất lỏng từ buồng này sang buồng khác qua các van tiết lưu nhỏ. Khi chất lỏng đi qua các van tiết lưu đó sẽ sinh ra sức cản lớn của dòng chất lỏng. Do đó dập tắt được chấn động của ôtô khi chuyển động. III. HỆ THỐNG TREO ĐIỆN TỬ: Giới thiệu về hệ thống treo điện tử(TEMS) TEMS là viết tắt của cụm từ “Toyota Electronically Modulated Suspension” tức là hệ thống treo điều khiển điện tử của Toyota”. Với hệ thống này, người lái có thể dùng công tắc để lựa chọn một trong hai chế độ lực giảm chấn của giảm chấn: bình thường hay thể thao, mà anh ta thích. Lực giảm chấn sau đó được tự động điều chỉnh đến một trong ba chế độ (mềm, trung bình, cứng) nhờ TEMS ECU (bộ điều khiển điện tử) dựa trên chế độ đã lựa chọn và điều kiện lái xe. Nó làm tăng tính êm dịu chuyển động và cải thiện tính ổn định lái. - Với hệ thống treo này người lái có thể lựa chọn , điều chỉnh độ đàn hồi cho thích hợp với chế độ vận hành của xe trên đường thông qua công tắc điều khiển lựa chọn chế độ Comfort hay Sport. Chế độ "Comfort": tạo sự êm dịu tối đa cho người ngồi trên xe còn chế độ "Sport" tăng độ ổn định và an toàn khi xe chạy ở tốc độ cao. - Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý không khí có tính đàn hồi khi bị nén. Với những ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó có thể hấp thụ những rung động nhỏ do đó tạo tính êm dịu chuyển động tốt hơn so với lò xo kim loại, dễ dàng điều khiển được độ cao sàn xe và độ cứng lò xo giảm chấn. 2. Đặc điểm của hệ thống treo điện tử a). Thay đổi chế độ giảm chấn: Người lái có thể lựa chọn chế độ bình thường hay thể thao bằng công tắc lựa chọn chế độ. Khi xe chạy ở chế độ bình thường, do phải đảm bảo cho việc duy trì tính êm dịu chuyển động, nên ECU đặt lực giảm chấn ở chế độ mềm. Ở chế độ thể thao, lực giảm chấn được đặt ở chế độ trung bình. b). Điều khiển chống chúi đuôi xe: Nó hạn chế sự chúi đuôi của những xe có hộp số tự động khi khởi hành hoặc khi tăng tốc đột ngột. Lúc này ECU đặt lực giảm chấn của giảm chấn ở chế độ cứng làm ổn định chuyển động của xe. c). Điều khiển chống nghiêng ngang Nó giới hạn độ nghiêng ngang của thân xe khi quay vòng hay khi đi lên đường ngoằn ngoèo. Lúc đó lực giảm chấn được đặt ở chế độ cứng. Vì vậy, cải thiện được tính ổn định điều khiển. d). Chống chúi mũi Nó hạn chế mũi xe chúi xuống khi phanh. Lúc đó lực giảm chấn được đặt ở chế độ cứng, làm ổn định chuyển động của xe. e). Điều khiển tốc độ cao( Chỉ ở chế độ bình thường) Khi xe chuyển động ở tốc độ cao, lực giảm chấn được đặt ở chế độ trung bình, cải thiện khả năng điều khiển. f). Chống chúi đuôi khi chuyển số( Chỉ có ở xe hộp số tự động) Nó hạn chế sự chúi đuôi của những xe có hộp số tự động khi khởi hành. Khi tay số được chuyển đến vị trí khác từ N hay P, lực giảm chấn được đặt ở chế độ cứng. Lưu ý rằng, chức năng điều khiển này không có ở các xe được sản xuất hiện nay. 3. Sơ đồ hệ thống treo điện tử trên xe: Hệ thống treo khí nén trên xe tải và xe buýt Ưu điểm hệ thống treo khí nén - điện tử "Thông minh" và "linh hoạt" đó là những gì có thể nói về hệ thống treo khí nén - điện tử. Khả năng điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh khí cho phép đáp ứng với độ nghiêng khung xe và tốc độ xe khi vào cua, góc cua và góc quay vô lăng của người lái. Như vậy, khi xe chạy, độ cứng các ống giảm xóc có thể tự động thay đổi sao cho cơ chế hoạt động của hệ thống treo được thích hợp và hiệu quả nhất đối với từng hành trình. Hệ thống treo khí nén - điện tử tự động thích nghi với tải trọng của xe, thay đổi độ cao gầm xe cho phù hợp với điều kiện hành trình. Ví dụ: Độ cao bình thường được tự động xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h. Nếu các cảm biến tốc độ ghi nhận được rằng kim đồng hồ tốc độ đã vượt qua mức 140 km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn. Một lợi thế nữa của hệ thống treo này là các lò xo xoắn được thay thế bằng túi khí cao su nên giảm bớt một phần trọng lượng xe. Bớt được khối lượng này sẽ cho phép các lốp xe chịu tải tốt hơn trên các điều kiện mặt đường không bằng phẳng mà ít ảnh hưởng đến độ cân bằng của xe, vì vậy cảm giác khi lái sẽ nhẹ nhàng và dễ chịu hơn. Với hệ thống treo khí nén điện tử, những chỗ mấp mô hay ổ gà trên mặt đường hầu như không ảnh hưởng nhiều đến người ngồi trong xe. Tuy vậy, đối với bất cứ loại hệ thống treo nào, tác dụng giảm xóc của lốp cũng rất quan trọng. Kiểu dáng lốp và áp xuất lốp luôn có vai trò hỗ trợ tác dụng giảm xóc của bất kỳ loại hệ thống treo nào CHƯƠNG XI. BÁNH XE – LỐP XE I. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU: 1. Công dụng: - Hệ thống chuyển động dùng để biến chuyển động quay tròn của bánh xe chủ động thành chuyển động tịnh tiến của ôtô và làm nhiệm vụ đỡ toàn bộ trọng lượng của ôtô. - Hệ thống chuyển động còn có tác dụng làm giảm các va đập tác dụng lên ôtô do đường gồ ghề nhờ bánh xe có độ đàn hồi tốt. 2. Phân loại: - Theo áp suất: - Bánh xe có áp suất thấp. - Bánh xe có áp suất cao. - Theo ruột xe: - Bánh xe có ruột. - Bánh xe không ruột. 3. Yêu cầu - Bảo đảm áp suất trên mặt đường là bé nhất. - Bảo đảm lực cản chuyển động nhỏ. - Có khả năng bám tốt - Giảm được va đập trên thân ôtô khi chuyển động II. KẾT CẤU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG : D: Đường kính ngoài vỏ xe d: Đường kính trong vỏ xe B: Chiều rộng lốp H: Chiều cao lốp (H »B) -Các ký hiệu của lốp được biểu thị theo ba loại: * Hệ inch: -Lốp có áp suất cao: D×B -Lốp có áp suất thấp:B-d VD: 34×7; 9-20 ; 6-16 * Hệ mét: -Lốp có áp suất cao: D×B -Lốp có áp suất thấp:D-H VD: 880×135; 570-50 * Hệ hỗn hợp: -Lốp có áp suất cao: D×B -Lốp có áp suất thấp:B-d VD: 880×5;260-20 - Lốp có áp suất thấp: p = 0,08 ÷0,5 MN/m2 P < 5 Kg/cm2 - Lốp có áp suất cao: p = 0,50 ÷0,70 MN/m2 P ≥ 5 Kg/cm2 - Độ chênh lệch áp suất cho phép so với tiêu chuẩn nằm trong giới hạn không lớn (ôtô tải ± 0,2 Kg/cm2 , ôtô con ± 0,1 Kg/cm2). - Cấu tạo của bánh xe gồm có đĩa và vành (đối với xe tải dùng vành phẳng, ôtô du lịch dùng vành sống trâu). Vành phẳng có hai vòng: vòng một có thể tháo lắp được đó là vòng nẹp, vòng thớ hai dập liền với đĩa bánh xe. Vành bánh xe con thuộc loại không tháo được. - Ở giữa vành có rãnh sâu dùng để lắp ruột vào vành. Ở đĩa bánh xe có các lỗ hình côn dùng để lắp bánh xe. - Đai ốc của bánh xe cũng có dạng hình côn (Taquet), phần côn của đai ốc trùng khớp với các lỗ hình côn ở đĩa bánh xe để đảm bảo bánh xe lắp được chính xác. Để tránh hiện tượng các đai ốc tự tháo khi tăng tốc độ hoặc hãm xe nên các đai ốc của bánh xe ôtô phía bên trái có ren trái, bên phải có ren phải. - Lốp có tác dụng thu nhận những va đập nhỏ và giảm bớt sự va đập khi xe chạy trên đường không bằng phẳng. - Nguyên liệu chính dùng để chế tạo lốp là cao su và sợi vải (sợi bố) có độ bền cao. Lôp gồm có mặt lốp(1), thân lốp (2)và mép lốp (3). - Lốp bám với mặt đường nên trên bề mặt có rãnh tạo thành hoa lốp. Dạng hoa tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc của ôtô. Đường tốt thì dùng hoa phổ thông, còn hoa to dùng cho lốp chạy trên đường xấu và lầy lội. - Theo cấu tạo lốp được chia thành lốp có ruột và lốp không có ruột (Tubeless). Phần lớn ôtô dùng loại lốp có ruột gần đây có xu hướng sử dụng lốp không ruột trên các xe con, xe tải. Lốp không ruột vì mép lốp có một lớp đệm kín có gờ bằng cao su có tính đàn hồi cao, mặt trong của lốp không ruột được bịt kín bằng một lớp cao su có tính kín cao (không lọt không khí) dày từ 1,5 ÷ 3mm. Vành bánh xe của lốp không ruột phải kín, van lắp trực tiếp vào vành có tấm đệm cao su, cạnh mép lốp phải bằng phẳng. - Nếu lốp không ruột không có độ kín nữa thì có thể lắp ruột vào sử dụng như loại lốp thông thường. - Do nhiệt độ làm việc không cao và dùng loại sợi chằng tốt cho nên thời hạn làm việc của lốp không ruột cao hơn 20% so với lốp thường. - Ngày nay để tăng an toàn người ta sử dụng loại lốp có hai buồng, Lốp hai buồng có ba phần: lớp cao su bên ngoài, lớp bịt kín và màng (màng được chế tạo bằng hai hoặc ba lớp sợi tẩm cao su). - Khi lốp bị đâm thủng và không khí lọt ra khỏi buồng A thì khả năng làm việc của lốp giảm không đáng kể nhờ không khí còn ở buồng B. - Buồng A điền đầy không khí bằng van (4). - Buồng B điền đầy không khí bằng van (5). - Ngoài ra lốp còn dùng bộ phận hạn chế biến dạng để an toàn khi chuyển động. Bộ phận hạn chế biến dạng có hai loại: Loại cứng bằng kim loại và loại đàn hồi bằng cao su xốp. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. LÝ THUYẾT VÀ CẤU TẠO ÔTÔ – Nguyễn Ngọc Bích (Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh – 9/2002) 2. ABS VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO (Toyota Motor Corporation – 2001) 3. TEMS VÀ HỆ THỐNG TREO KHÍ (Toyota Motor Corporation – 2001) 4. HỆ THỐNG LÁI (Toyota Motor Corporation – 2001) 5. LÝ THUYẾT ÔTÔ MÁY KÉO (Nguyễn Hữu Cẩn, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái) 6. CẤU TẠO GẦM Ô TÔ TẢI VÀ Ô TÔ BUÝT (Nguyễn Khắc Trai – NXB Giao thông vận tải 2010) 7. KẾT CẤU ÔTÔ (PGS. TS Nguyễn Trọng Hoan, PGS. TSHồ Hữu Hải – NXB Bách khoa Hà Nội 2010)