ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ5
LỜI NÓI ĐẦU8
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI.10
1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại10
1.1.1. Nhiệm vụ10
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái11
1.1.3. Phân loại hệ thống lái12
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái13
1.2.1. Cấu tạo13
1.2.2. Nguyên lý hoạt động14
1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái14
1.3.1. Trục lái14
1.3.2. Cơ cấu lái15
1.3.2.1. Chức năng15
1.3.2.2. Một số cơ cấu lái thường dùng16
1.3.3. Dẫn động lái20
1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống lái23
1.4.1. Tỉ số truyền của hệ thống lái23
1.4.2. Điều kiện không trượt khi quay vòng26
1.4.3. Góc đặt bánh xe29
1.4.3.1. Góc doãng (góc camper)30
1.4.3.2. Góc nghiêng dọc (góc caster)33
1.4.3.3. Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng (góc kingpin)36
1.4.3.4. Độ chụm đầu.38
1.4.3.5. Góc quay vòng.39
CHƯƠNG II: MỘT SỐ HỆ THỐNG LÁI THÔNG DỤNG41
2.1. Hệ thống lái cơ khí thông thường không trợ lực.41
2.1.1. Hệ thống lái loại trục vít – bánh vít41
Cấu tạo:41
Nguyên lý làm việc :42
2.1.2. Hệ thống lái loại thanh răng – bánh răng42
Cấu tạo:42
Nguyên lý hoạt động:43
2.1.3. Đánh giá về hệ thống lái cơ học loại thường ( không có trợ lực)43
2.2. Hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển điện tử)44
2.2.1. Khái quát hệ thống lái trợ lực44
2.2.2. Bộ trợ lực lái loại khí45
Cấu tạo :45
Nguyên lý hoạt động:45
2.2.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn – thanh răng46
2.2.3.1. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực46
2.2.3.2. Bộ trợ lực thủy lực47
2.2.3.3. Bơm trợ lực lái49
2.2.4. Đánh giá về hệ thống lái trợ lực không dùng điều khiển điện tử .50
2.3. Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử51
2.3.1. Khái niệm51
2.3.2. Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử51
2.3.3. Sơ đồ và cấu tạo bộ trợ lực lái điều khiển điện tử.52
2.3.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử54
2.3.5. Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử56
CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ58
3.1. Phương trình quay vòng ô tô hai cầu58
3.1.1. Mô hình phẳng của ô tô.58
3.1.2. Mô hình của hệ thống lái.60
3.2. Đánh giá động lực học quay vòng đều của ô tô hai cầu (Tính điều khiển tĩnh).63
3.2.1 Động lực học mô hình một vệt bánh xe63
3.2.2. Đánh giá tính điều khiển tĩnh của ô tô.67
3.2.2.1. Vận tốc góc quay thân xe, hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu.68
3.2.2.2. Góc lệch hướng chuyển động của ô tô (góc lệch bên).71
3.2.2.3. Gia tốc bên73
3.2.2.4. Đánh giá đặc tính tốc độ của xe cụ thể.74
3.2. Đánh giá động lực học quay vòng động của xe ô tô hai cầu (Tính điều khiển động)78
3.2.1. Tính điều khiển động78
3.2.1.1. Hàm truyền hệ thống79
3.2.1.2. Điều kiện ổn định của hệ thống82
3.2.2. Đánh giá chất lượng hệ thống trong điều khiển động.83
3.2.2.1. Một số khái niệm83
3.2.2.2. Đánh giá quá trình quá độ của hệ thống.84
KẾT LUẬN88
TÀI LIỆU THAM KHẢO90
PHỤ LỤC92
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1 – 1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới10
Hình 1 – 2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái13
Hình 1 – 3: Cấu tạo chung của trục lái14
Hình 1 – 4: Hộp số lái kiểu trục vít – cung răng16
Hình 1 – 5: Hộp số lái kiểu trục vít – con lăn17
Hình 1 – 6: Hộp số lái kiểu trục vít – đòn lắc18
Hình 1 – 7: Hộp số lái kiểu trục vít – êcu – bi – cung răng18
Hình 1 – 8: Hộp số lái bánh răng – thanh răng19
Hình 1 – 9: Cấu tạo hình thang lái điển hình21
Hình 1 – 10: Kết cấu của thanh nối bên22
Hình 1 – 11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang25
Hình 1 – 12: Các giai đoạn của quá trình quay vòng26
Hình 1 – 13: Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng27
Hình 1 – 14: Sơ đồ động học của xe ôtô28
Hình 1 – 15: Các yếu tố góc đặt bánh xe29
Hình 1 – 16: Góc camper30
Hình 1 – 18: Tác dụng của góc camper dương31
Hình 1 – 19: Tác dụng của góc camper âm32
Hình 1 – 20: Góc caster và khoảng caster33
Hình 1 – 21: Góc caster dương và âm34
Hình 1 – 22: Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster34
Hình 1 – 23: Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster35
Hình 1 – 24: Góc kingpin36
Hình 1 – 25: Giảm lực đánh lái37
Hình 1 – 26: Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía37
Hình 1 – 27: Độ chụm độ choãi38
Hình 1 – 28: Góc quay vòng39
Hình 2 – 1: Hệ thống lái cơ học loại trục vít – bánh vít41
Hình 2 – 2: Hệ thống lái cơ học loại thanh răng – bánh răng42
Hình 2 – 3: Hệ thống lái có trợ lực44
Hình 2 – 4: Bộ trợ lực lái loại khí45
Hình 2 – 5: Hệ thống lái trợ lực thủy lực46
Hình 2 – 6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn – thanh răng47
Hình 2 – 7: Cấu tạo bộ trợ lực48
Hình 2 – 8: Cấu tạo bơm trợ lực cánh gạt49
Hình 2 – 9: Sơ đồ nguyên lý bơm trợ lực cánh gạt50
Hình 2 – 10: Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử51
Hình 2 – 11: Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử52
Hình 2 – 12: Bộ trợ lực điện52
Hình 2 – 13: Các chi tiết của bộ trợ lực lái53
Hình 2 – 14: Đồ thi thể hiện sự thay đổi tỷ số truyền55
Hình 2 – 15: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử55
Hình 2 – 16: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái không có điều khiển bằng điện tử56
Hình 3 – 1: Mô hình tính toán động lực học cho ô tô58
Hình 3 – 2: Mô hình hệ thống lái61
Hình 3 – 3: Mô hình phẳng một vệt của ô tô63
Hình 3 – 4: Quan hệ động học của mô hình một vết65
Hình 3 – 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe70
Hình 3 – 6: Đồ thị đặc tính tốc độ của góc lệch bên72
Hình 3 – 7: Đồ thị đặc tính tốc độ của gia tốc bên74
Hình 3 – 8: Đường Đặc tính tốc độ của (1/s)/rad75
Hình 3 – 9: Đường Đặc tính tốc độ của rad/rad76
Hình 3 – 10: Đường Đặc tính tốc độ của [(m/s2)/rad]76
Hình 3 – 11: Thời gian quá độ và thời gian lên84
Hình 3 – 12: Độ quá điều chỉnh84
Hình 3 – 13: Đặc tính quá độ của vận tốc góc quay thân xe85
Hình 3 -14: Đặc tính quá độ của góc lệch hướng chuyển động86
Hình 3 – 15: Đặc tính quá độ của gia tốc bên87
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là một phương tiện giao thông đang dần dần phổ biến ở nước ta. Nó giữ vai trò quan trọng trong mạng lưới giao thông đường bộ. Từ khi ra đời cho đến nay, ngành công nghiệp ô tô đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật.
Với sự tăng trưởng tốc độ và mật độ chuyển động của ô tô ngày nay đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính điều khiển ở mức độ cao. Nhằm đảm bảo tính an toàn khi chuyển động của xe, hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra.
Hệ thống lái là một trong những hệ thống hết sức quan trong trên ô tô. Nó quyết định tới tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Đề tài “ Nghiên cứu, phân tích và đánh giá động lực học hệ thống lái ô tô” Với mục đích xem xét, đánh giá động lực học ô tô khi quay vòng. Từ đó đưa ra những lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động và ổn định cho xe khi chuyển hướng.
Nội dung đề tài :
Chương I: Tổng quan về hệ thống lái
Trình bày về nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của một hệ thống lái. Đưa ra một số bộ phận chính và các thông số cơ bản của hệ thống lái.
Chương II: Một số hệ thống lái thông dụng
Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động một số hệ thống lái cũng như từng bộ phận của hệ thống lái đó. Hệ thống lái thuần túy cơ khí, hệ thống lái có trợ lực và hệ thống lái trợ lực có điều khiển.
Chương III: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô
Xây dựng phương trình động lực học khi xe quay vòng, xác định các hàm truyền cho các tham số chuyển vị của xe. Kết hợp với việc lập trình trên phần mềm Matlab để đánh giá động lực học quay vòng tĩnh và động của ô tô.
Sau quá trình thực hiện, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy giáo Th.S Phạm Thế Minh đồ án đã được hoàn thành. Song do thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được ý kiến chỉ bảo của các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Phạm Thế Minh cùng toàn thể thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Máy đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà nội, Tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Như Huế
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI.
1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại
1.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống lái dùng để giữ đúng hướng chuyển động hoặc thay đổi hướng chuyển động của ô tô khi cần thiết. Có thể thay đổi hướng chuyển động bằng cách:
