TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
Công dụng hệ thống lái
- Dùng để thay đổi mô men từ động cơ tới các bánh xe chủ động khi ôtô chuyển động theo hướng xác định
- Dùng để thay đổi mô men giữa các trục vuông góc nhau khi ô tô chuyển động theo hướng xác định
- Dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ô tô chuyển động ổn định theo hướng xác định.
Phân loại hệ thống lái
+ Phân loại theo phương pháp quay vòng của ô tô:
- Thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng
- Đổi hướng mômen kéo ở các bánh xe chủ động
- Phương pháp quay vòng các phần khác nhau của ô tô
- Kết hợp thay đổi phương chuyển động của các bánh xe dẫn hướng và đổi hướng mômen kéo ở các bánh xe chủ động
+ Phân loại theo số lượng bánh xe dẫn hướng:
- Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía trước
- Hệ thống lái 2 bánh dẫn hướng ở cầu phía sau
+ Phân loại theo đặc điểm cấu tạo của cơ cấu lái:
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít con lăn
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi thanh răng bánh răng
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít đòn quay
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít cung răng
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít bánh vít
- Hệ thống lái với cơ cấu lái kiểu trục vít vô tận
+ Phân loại theo kiểu dẫn động lái:
- Cơ cấu dẫn động lái kiểu 4 khâu với hệ thống treo phụ thuộc (dầm cầu liền)
- Cơ cấu dẫn động lái kiểu đòn ngang liên kết trên hệ thống treo độc lập
- Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng đòn quay
- Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng bánh răng thanh răng
+ Phân loại theo vị trí bố trí vành tay lái:
- Hệ thống lái với vành tay lái ở bên trái của ô tô
- Hệ thống lái với vành tay lái ở bên phải của ô tô
+ Phân loại theo nguyên tắc hoạt động của bộ trợ lực:
- Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực
- Hệ thống lái trợ lực điện thuỷ lực
- Hệ thống lái trợ lực cơ khí
- Hệ thống lái trợ lực khí nén
- Hệ thống lái trợ lực điện
Yêu cầu hệ thống lái
- Quay vòng ô tô thật ngoặc trong một thời gian ngắn trên một diện tích rất bé
- Lái nhẹ, tức là lực cần thiết để quay vành tay lái phải nhỏ
Để đảm bảo động học quay vòng đúng, tất cả các bánh xe của cầu cần lăn theo những vòng tròn đồng tâm Nếu không đạt yêu cầu này, lốp sẽ bị trượt trên mặt đường, dẫn đến hao mòn và mất mát công suất do lực ma sát trượt.
Người lái cảm thấy thoải mái hơn khi điều khiển xe nhờ vào hệ thống lái hiệu quả, giúp giảm thiểu sức lực cần thiết để quay vòng tay lái Hệ thống này cũng có khả năng ngăn chặn va chạm của các bánh dẫn hướng lên vành tay lái, từ đó giúp người lái đỡ mệt mỏi hơn trong quá trình vận hành.
- Ô tô chuyển động thẳng ổn định
- Đặt cơ cấu lái trên phần được treo (để kết cấu của hệ thống treo bánh trước không ảnh hưởng đến động lực lái của cơ cấu.
Cấu tạo hệ thống lái
Hình 2.1: Hệ thống lái loại trục vít-thanh răng có cơ cấu cảm nhận tốc độ động cơ
1.Cơ cấu nghiêng tay lái vô cấp và hấp thụ lực va đập; 2 Hộp dầu; 3 Trợ lực tay lái có cảm biến tốc độ động cơ
Hình 2.2: Hệ thống lái với cơ cấu lái “Trục vít-con lăn”
Bánh lái là một thành phần quan trọng trong hệ thống lái, kết hợp với trục lái dạng trục vít để tạo ra sự điều khiển chính xác Con lăn và vai chuyển hướng giúp cải thiện khả năng vận hành, trong khi thanh kéo giữa và thanh kéo ngang đảm bảo sự ổn định cho xe Đòn quay và các bánh xe cầu trước hỗ trợ trong việc chuyển hướng mượt mà Cuối cùng, cần con lắc và khớp nối các thanh điều khiển đóng vai trò thiết yếu trong việc kết nối và điều chỉnh hệ thống lái.
Hình 2.3:Sơ đồ hệ thống lái với cơ cấu lái “Bánh răng- thanh răng”
1.Bánh lái; 2 Trục lái với bánh răng; 3 Thanh răng của cơ cấu lái; 4 Thanh lái bên trái và phải; 5 Đòn quay; 6 Các bánh xe cầu trước ô tô
Cấu tạo chung của một hệ thống lái bao gồm:
- Cơ cấu lái hay còn gọi là hộp số lái (trục vít- cung răng, trục vít-con lăn, bánh răng- thanh răng)
- Dẫn động lái (các tay đòn, hình thang lái…)
- Trợ lực lái (thủy lực, điện…)
Hình 2.4: Cấu tạo chung của hệ thống lái không cơ trợ lực
Hình 2.5: Sơ đồ kết cấu của một hệ thống lái đơn giản
Hình 2.6: Cách bố trí hệ thống lái trên xe ô tô
Hệ thống lái này được áp dụng cho các ô tô tải nhỏ và ô tô du lịch có công suất trung bình và nhỏ Nó không sử dụng trợ lực lái, có cấu tạo đơn giản hơn so với các hệ thống có trợ lực, thường sử dụng cơ cấu lái loại trục vít - con lăn.
Hệ thống lái ô tô, đặc biệt là đối với xe có tải trọng lớn và xe khách loại vừa, thường gặp phải lực tác động lớn lên vành tay lái Để giảm bớt lực này, các nhà sản xuất đã tích hợp hệ thống trợ lực lái, giúp người điều khiển dễ dàng hơn trong việc điều khiển xe Hiện nay, nhằm tăng cường tính an toàn cho ô tô khi di chuyển với tốc độ cao, nhiều loại ô tô con cũng được trang bị trợ lực lái.
Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống lái có trợ lực thủy lực
2.4.2 Đặc điểm kết cấu các bộ phận của hệ thống lái a) Vành tay lái
Vành tay lái, hay còn gọi là vô lăng, là bộ phận quan trọng trong buồng lái của ô tô, có nhiệm vụ tiếp nhận mô men quay từ tài xế và truyền lực cho trục lái Cấu tạo của vành tay lái thường bao gồm một vành tròn bằng thép, bọc nhựa hoặc da, và được kết nối với trục lái thông qua các chi tiết như then hoa, ren và đai ốc Ngoài chức năng chính, vành tay lái còn tích hợp các bộ phận thiết yếu khác như còi, túi khí và công tắc tổng hợp, đảm bảo tính năng an toàn và tiện nghi cho người lái.
Mặc dù hầu hết các hệ thống lái hiện đại đều có bộ trợ lực, nhưng vành tay lái vẫn cần đủ chắc chắn để truyền momen lớn nhất ngay cả khi bộ trợ lực gặp sự cố Đồng thời, vành tay lái cũng cần đảm bảo tính thẩm mỹ để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.
Hình 2.9: Vành tay lái b) Trục lái
Trục lái bao gồm trục lái chính, có nhiệm vụ truyền momen quay từ vành lái đến hộp số lái, và ống đỡ để cố định trục vào thân xe Đầu trên của trục lái chính được thiết kế thon và có răng cưa, với vành lái được siết chặt bằng đai ốc Đầu dưới của trục lái chính kết nối với cơ cấu lái thông qua khớp nối mềm hoặc khớp các đăng, giúp giảm thiểu chấn động từ mặt đường lên vành tay lái.
Trục lái không chỉ có chức năng truyền mômen quay từ vành lái xuống hộp số lái mà còn là vị trí lắp đặt nhiều bộ phận quan trọng khác của ô tô, bao gồm cần điều khiển hệ thống đèn và các cần điều khiển khác.
Hệ thống gạt nước, cơ cấu nghiêng tay lái, hấp thụ va đập, khoá tay lái và trượt tay lái đều đóng vai trò quan trọng trong việc mang lại sự thoải mái cho người điều khiển Những cơ cấu này cho phép người lái dễ dàng ra vào ghế và điều chỉnh vị trí tay lái phù hợp với chiều cao của mình.
Trục lái cần đảm bảo độ cứng để truyền mômen điều khiển hiệu quả, đồng thời giảm rung động và tiếng ồn trong buồng điều khiển Kết cấu của cơ cấu điều khiển phải gọn gàng và hợp lý, với khả năng đàn hồi tốt theo phương dọc xe nhằm hạn chế tổn thương khi gặp tai nạn Hiện nay, có nhiều loại kết cấu trục lái khác nhau, trong đó đa số xe sử dụng trục gẫy được tạo thành từ các trục có khớp các đăng nối trục.
Hình 2.10: Kết cấu trục lái
Trên trục trung gian, khớp then được lắp đặt nhằm giảm thiểu rung động dọc trục truyền lên vành lái Đối với các loại xe có hệ thống treo phụ thuộc, cơ cấu lái được cố định trên dầm cầu Khi xe di chuyển trên đường không bằng phẳng, dầm cầu sẽ rung động, dẫn đến sự thay đổi khoảng cách giữa cơ cấu lái và vành lái Khớp then giúp khắc phục những biến đổi này, đảm bảo quá trình truyền mômen từ vành lái xuống cơ cấu lái diễn ra liên tục và ổn định.
Trong trường hợp cần thiết, như khi xảy ra va chạm, cấu trúc lái có khả năng co ngắn lại để giảm thiểu thương tích cho người lái Hình ảnh minh họa cho thấy kết cấu của một khớp then hình thang, trong đó then ngoài của nạng bị động khớp với then trong của nạng chủ động Khi cơ cấu lái di chuyển, nặng bị động sẽ dịch chuyển lên trên, đảm bảo rằng trục lái chính không bị ảnh hưởng.
Hình 2.11: Kết cấu của khớp then trên trục trung gian 1.Nạng chủ động; 2 Then trong; 3 Then ngoài; 4 Nạng bị động
Góc nghiêng giữa các trục dẫn động lái nằm trong khoảng 100 đến 200 độ Hệ thống truyền động lái sử dụng các đăng kép, bao gồm hai các đăng đơn Các đăng đơn có cấu tạo đơn giản với hai nạng liên kết qua một trục chữ thập, sử dụng bạc lót hoặc ổ bi kim được bôi trơn bằng mỡ Nhờ vào trục các đăng, có thể thiết kế trục lái với hình dáng phù hợp với không gian và các bộ phận xung quanh.
Một số loại xe hiện nay sử dụng khớp nối mềm cho trục lái, được làm bằng vật liệu cao su Khớp nối này cho phép trục lái và trục đầu vào cơ cấu lái có sự lệch nhau một góc nhất định Cao su trong khớp có vai trò hấp thụ rung động, giúp giảm thiểu rung lắc cho vành lái, mang lại trải nghiệm lái êm ái hơn.
Hình 2.12: Cấu tạo trục chữ thập
Hình 2.13: Khớp các đăng trong hệ thống lái
1 Trục chủ động; 2 Trục chữ thập; 3 Bạc lót; 4 Trục bị động
• Cơ cấu hấp thụ va đập
Trong trục lái có cơ cấu hấp thụ va đập, giúp giảm thiểu lực tác động lên người lái khi xảy ra tai nạn Khi xe bị va chạm, cơ cấu này sẽ gãy, ngăn chặn thương tích do trục lái chính gây ra và giảm va đập thứ cấp lên cơ thể người lái, khi cơ thể bị xô vào vành lái do quán tính.
Trục lái hấp thụ va đập bao gồm các kiểu sau:
+ Kiểu giá đỡ uốn cong
Trong các kiểu hấp thụ va đập này kiểu giá đỡ uốn cong có kết cấu khá đơn giản và đảm bảo được tính an toàn cho người lái
Hình 2.14: Cấu tạo và vị trí cơ cấu hấp thụ va đập kiểu giá đỡ uốn cong
Cơ cấu hấp thụ va đập bao gồm giá đỡ phía dưới, giá đỡ dễ vỡ, trục trung gian và tấm hấp thụ va đập Trục lái được kết nối với thanh tăng cứng bảng điều khiển qua giá đỡ phía dưới và giá đỡ dễ vỡ Khi xảy ra va chạm, trục trung gian co lại, giúp giảm thiểu sự nhô lên của trục lái và vành lái trong buồng lái, từ đó bảo vệ an toàn cho người lái.
Đặc điểm của hệ thống lái
2.5.1 Hệ thống lái 2 bánh xe dẫn hướng cầu trước
Hệ thống lái hai bánh phía trước cho phép người lái điều khiển hai bánh xe phía trước khi quay vô lăng, từ đó thay đổi hướng di chuyển của xe Hầu hết các loại ô tô phổ biến hiện nay đều sử dụng hệ thống lái này.
Hình 2.26: Hệ thống lái với 2 bánh dẫn hướng cầu trước
Khi muốn quay xe sang trái hoặc phải, người lái cần xoay vô lăng theo hướng tương ứng để truyền động đến trục lái Đầu cuối của trục lái được kết nối với đầu vào của hộp số lái qua khớp các đăng Hộp số lái sẽ chuyển đổi chuyển động xoay tròn của trục lái thành chuyển động tịnh tiến của thanh lắc, giúp điều khiển hướng di chuyển của xe.
22 lắc truyền chuyển động cho dẫn động lái 4và làm cho hai bánh xe dẫn hướng quay sang trái hoặc phải
• Đánh giá hệ thống lái hai bánh xe phía trước:
Hệ thống lái hai bánh xe phía trước giúp người lái dễ dàng điều khiển xe trên diện tích mặt đường nhỏ, đáp ứng tốt các yêu cầu của hệ thống lái Hai bánh xe dẫn hướng có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng với lực tác động nhỏ Với cấu tạo đơn giản và dễ sửa chữa, hệ thống này được sử dụng phổ biến trên các ô tô hiện nay.
2.5.2 Hệ thống lái 4 bánh xe dẫn hướng
Hệ thống lái 4 bánh là công nghệ cho phép điều khiển cả hai bánh xe trước và sau khi người lái điều chỉnh vô lăng, giúp cải thiện khả năng chuyển hướng và ổn định cho xe.
Hình 2.27: Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng
Cơ cấu lái trước sử dụng kiểu bánh răng- thanh răng, trong đó hộp trích lực truyền động đến cầu sau thông qua một bánh răng khớp với thanh răng Tỷ số truyền giữa vành lái và trục các dăng là hai, với trụ chủ động mang bánh răng hành tinh Dầm trục của bánh răng hành tinh được đặt lệch trục, cho phép bánh răng quay một cách trơn tru Bánh răng khớp với thanh răng ngoại luân, đứng yên trên vỏ cơ cấu lái, và trục được bố trí trên bánh răng này.
23 quay trơn trục và trượt trên máng trượt, máng trượt chỉ tiếp nhận chuyển động tịnh tiến với đòn quay
Hình 2.28: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cơ cấu lái 4 bánh xe
Khi xe di chuyển với tốc độ cao, người lái sẽ quay vành tay lái nhỏ để bánh xe trước và sau quay cùng chiều Trong trường hợp vào hoặc ra khỏi chỗ đỗ, góc quay vành lái có thể lớn hơn và tốc độ xe sẽ thấp hơn, dẫn đến bánh xe trước và sau quay ngược chiều Khi trục chủ động quay, bánh răng hành tinh sẽ khớp với bánh răng ngoại luân, làm cho trục chuyển động sang phải rồi sang trái Giá trị lớn nhất của góc quay khi bánh xe quay cùng chiều là 17 độ và sau đó sẽ giảm dần Khi trục chủ động tiếp tục quay, trục dịch chuyển lên trên, đảo chiều và đẩy bánh xe sau quay ngược chiều, sự đảo chiều này xảy ra tương ứng với góc quay của vành tay lái.
120 độ Khi góc quay vành xe trước đạt 35 độ thì các bánh xe sau quay một góc là -5 độ
• Đánh giá hệ thống lái 4 bánh:
Hệ thống lái 4 bánh đang phát triển mạnh mẽ trong công nghệ ôtô, trước đây chủ yếu được sử dụng trên xe tải và xe nhiều cầu, nhưng hiện nay đã trở nên phổ biến hơn Công nghệ này mang lại nhiều tính năng ưu việt, giúp xe dễ dàng ra vào chỗ đậu trong không gian hẹp và vượt qua các khúc cua một cách linh hoạt ở tốc độ cao Khi xe qua đường vòng, các bánh xe tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng, cho phép việc quay vòng diễn ra dễ dàng trên diện tích mặt đường hạn chế.
2.5.3 Hệ thống lái có trợ lực điện (EPS)
Hình 2.29: Cấu tạo hệ thống lái có trợ lực điện
Cấu trúc của hệ thống lái bao gồm các thành phần quan trọng như thanh lái bên phải, gối tựa bên phải của cơ cấu lái, và cái kẹp cơ cấu lái Trục truyền trung gian và trợ lực điện cũng đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển Bánh lái, ống cột lái, gối tựa bên trái của cơ cấu lái, và thanh lái bên trái cùng nhau tạo nên một cơ cấu lái hoàn chỉnh, giúp đảm bảo sự ổn định và chính xác trong việc điều khiển phương tiện.
Hình 2.30: Cơ cấu lái với các thanh lái
Trong hệ thống lái, các thành phần quan trọng bao gồm đầu nối ngoài của thanh lái, thanh điều chỉnh, và đầu nối của thanh lái Để bảo vệ hệ thống, nắp bảo vệ phải và nắp bảo vệ trái đóng vai trò quan trọng Ống vỏ cơ cấu lái và vỏ cao su bảo vệ giúp duy trì độ bền cho các bộ phận bên trong Tấm nối kẹp của thanh lái, trục và bánh răng cùng với vỏ cơ cấu lái là những yếu tố không thể thiếu để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống lái.
Hình 2.31: Cột lái của hệ thống lái với trợ lực
Động cơ điện trợ lực là thành phần quan trọng trong hệ thống lái, kết hợp với khối điều khiển trợ lực để đảm bảo khả năng điều khiển linh hoạt Bộ truyền động trợ lực cùng với các giá đỡ như giá đỡ sau cột lái và giá đỡ ống cột lái đóng vai trò hỗ trợ cấu trúc vững chắc Cần điều chỉnh độ nghiêng cột lái giúp người lái dễ dàng tùy chỉnh vị trí, trong khi giá đỡ trợ lực và giá đỡ trước của cột lái cung cấp sự ổn định cần thiết Ống cột lái và trục trợ lực lái là các bộ phận kết nối quan trọng, cùng với trục truyền trung gian và bulong giằng, tạo nên một hệ thống lái hiệu quả Cuối cùng, lò xo và má đệm dây dẫn trợ lực góp phần tăng cường hiệu suất và độ bền của hệ thống lái.
Hình 2.32: Hệ thống lái có trợ lực điện EPS
Hệ thống lái trợ lực điện (EPS) bao gồm cấu trúc lái bánh răng – thanh răng kết hợp với mô tơ điện DC, hộp số truyền, cảm biến tốc độ và bộ vi xử lý Động cơ điện hoạt động bằng nguồn điện một chiều và được điều khiển qua tín hiệu xung, được lắp đặt song song với vành lái Hệ thống EPS có cảm biến góc quay và mômen trên vành lái, cũng như cảm biến mômen cản bánh xe dẫn hướng, giúp cải thiện hiệu suất lái xe.
Chương trình điều khiển mô tơ DC tích hợp nhiều trạng thái quan trọng của ô tô, bao gồm tốc độ, đặc tính quay vòng tĩnh và động, các tình huống nguy hiểm, mức độ trợ lực và giảm chấn, cũng như các chức năng chẩn đoán và thông tin tổng quát từ hệ thống CAN Hệ thống EPS có khả năng xử lý đa dạng thông tin liên quan đến khả năng quay vòng của ô tô, nâng cao chất lượng điều khiển và quay vòng, đồng thời hoạt động độc lập với tốc độ của động cơ đốt trong.
2.5.4 Hệ thống lái trợ lực điện tử
Hình 2.33: Cấu tạo hệ thống lái có trợ lực lái điện tử
* Nguyên lý hoạt động của hệ thống trợ lực điều khiển điện tử:
- Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử (hệ thống lái linh hoạt) hoạt động ngay cả khi xe đứng yên
Khi xe di chuyển với tốc độ cao trên mặt đường xấu và gặp phải các tình huống bất ngờ như qua khúc cua hoặc lạng lách để tránh xe khác, bộ trợ lực điều khiển điện tử sẽ hoạt động để hỗ trợ người lái, giúp họ xử lý tình huống một cách dễ dàng hơn.
Hệ thống lái ô tô sử dụng các cảm biến như cảm biến tốc độ xe và cảm biến góc quay vành lái để thu nhận tín hiệu, từ đó truyền đến bộ xử lý trung tâm ECU nhằm theo dõi và điều chỉnh những thay đổi trong quá trình lái xe.
Bộ xử lý trung tâm ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và phát tín hiệu điều khiển cho động cơ điện Điều này làm cho bộ bánh răng hành tinh quay, dẫn đến chuyển động của thanh răng và hoạt động của các bánh xe dẫn hướng.
HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA FORTUNER 2017
Giới thiệu xe Toyota Fortuner 2017
Hình 3.1: Xe ô tô Toyota Fortuner 2017
Toyota Fortuner 2017 là một chiếc SUV nổi bật tại thị trường Việt Nam, với thiết kế “Tough & Cool” dài rộng hơn và thấp hơn, mang đến vẻ ngoài mạnh mẽ và sang trọng Tên gọi Fortuner, từ “fortunate”, thể hiện sự may mắn, đáp ứng hoàn hảo mong muốn sở hữu một chiếc xe mơ ước Là sản phẩm chất lượng cao toàn cầu, Fortuner không chỉ gắn liền với thương hiệu Toyota nổi tiếng về chất lượng, độ bền và độ tin cậy (QDR), mà còn sở hữu ngoại thất hiện đại, nội thất lịch lãm, khả năng vận hành ổn định và tính năng an toàn cao Kể từ lần ra mắt vào tháng 8 năm 2005, Fortuner đã trở thành mẫu xe được ưa chuộng trên toàn cầu, với doanh số bán tích lũy đạt hơn 1.3 triệu chiếc tính đến tháng 10/2016.
STT Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Bán kính vô lăng Rvl 195 mm
2 Tỷ số truyền cơ cấu lái i ω 16,5
Cơ cấu lái Đường kính vòng đỉnh bánh răng de 21 mm
6 Đường kính vòng chân bánh răng di 12 mm
7 Đường kính vòng chia bánh răng dc 17 mm
8 Số răng của bánh răng Z1 8
9 Góc riêng bánh răng β1 28 độ
10 Chiều dài thanh răng lt 735 mm
11 Đường kính thanh răng dt 32 mm
12 Số răng trên thanh răng Z2 34
13 Góc nghiêng răng của thanh răng β2 5 độ
14 Môđun của thanh răng mt 2 mm
15 Môđun của bánh răng mb 2 mm
16 Đường kính vỏ ngoài xylanh trợ lực Dxl 60 mm
17 Đường kính pittông dp 52 mm
Bảng 3.1: Thông số xe Toyota Fortuner 2017
Cấu tạo hệ thống lái xe Toyota Fortuner 2017
3.2.1 Bố trí chung hệ thống lái
Hệ thống lái của xe Toyota Fortuner 2017 được trang bị trợ lực lái kiểu bánh răng-thanh răng, giúp giảm sức lao động cho người lái và nâng cao tính an toàn Hệ thống này dẫn động qua trục lái, khớp các đăng và các khâu khớp trong hình thang lái, với cơ cấu lái được gắn chặt vào khung xe và kết nối với trục lái bằng khớp các đăng Bơm dầu trợ lực lái là loại bơm phiến gạt tác dụng kép, có 10 cánh gạt và được trang bị van an toàn trên thân bơm.
Hình 3.2: Hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017
Hệ Thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017 bao gồm: vành tay lái, cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017
Vành lái (vô lăng) là bộ phận quan trọng giúp người lái điều khiển xe Trục lái kết nối và truyền lực từ vành lái đến hệ thống lái Thanh răng lái giúp chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng Xi lanh trợ lực hỗ trợ lực lái, giúp việc điều khiển trở nên nhẹ nhàng hơn Cảm biến tốc độ theo dõi tốc độ xe và cung cấp thông tin cho hệ thống Bơm trợ lực cung cấp áp lực dầu cần thiết cho hệ thống lái Bình chứa dầu lưu trữ dầu trợ lực, trong khi van điều khiển điều chỉnh lưu lượng dầu Thanh nối kết nối các bộ phận của hệ thống lái, và làm mát dầu trợ lực giúp duy trì hiệu suất Cuối cùng, rô tuyn là bộ phận liên kết giữa các thành phần, đảm bảo sự linh hoạt trong quá trình lái.
Vành lái, hay còn gọi là vô lăng, kết hợp với trục lái, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền lực quay vòng từ tay người lái đến trục răng của cơ cấu lái.
Cơ cấu lái của xe Toyota Fortuner 2017 sử dụng hệ thống bánh răng trụ kết hợp với thanh răng, có chức năng chuyển đổi chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng, đồng thời khuếch đại lực điều khiển trên vành tay lái.
- Dẫn động lái: dẫn động lái bao gồm trục lái, thanh ngang, trục rô tuyn, cam quay
Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng thành chuyển động góc của trục bánh xe dẫn hướng
Hệ thống trợ lực lái giúp giảm lực điều khiển trên vành tay lái, từ đó giảm cường độ lao động cho người lái và nâng cao tính an toàn trong quá trình điều khiển.
Hệ thống lái có trợ lực bao gồm hai phần chính: phần lái cơ khí tương tự như các hệ thống lái thông thường và phần trợ lực với các bộ phận chủ yếu.
- Nguồn năng lượng của trợ lực (Bơm thủy lực)
- Van phân phối (Van điều khiển)
- Cơ cấu chấp hành (Xi lanh lực)
3.2.2 Đặc điểm kết cấu của hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2017 a) Cơ cấu lái
Cơ cấu lái trên xe Toyota Fortuner 2017 sử dụng loại bánh răng trụ và thanh răng, có chức năng chuyển đổi chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng Đồng thời, nó cũng khuếch đại lực điều khiển trên vành tay lái, giúp cải thiện khả năng điều khiển của xe.
Hình 3.4: Cơ cấu lái bánh răng-thanh răng
Bạc lệch tâm là một thành phần quan trọng trong cơ cấu máy, trong khi ở bị đỡ giúp hỗ trợ và giữ vững các bộ phận Trục răng và vít điều chỉnh đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển chuyển động Dẫn hướng thanh răng cùng với lò xo nén tạo ra sự ổn định và đàn hồi cho hệ thống Thanh răng và vỏ thanh răng là những phần không thể thiếu để đảm bảo sự ăn khớp và hoạt động trơn tru Kẹp và bạc lót giúp cố định và bảo vệ các chi tiết, trong khi cao su chắn bụi ngăn ngừa bụi bẩn xâm nhập Cuối cùng, đầu thanh răng và thanh nối kết nối các bộ phận lại với nhau, tạo thành một cơ cấu hoàn chỉnh.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng có thiết kế đơn giản và được sử dụng phổ biến trên nhiều loại xe ô tô hiện nay Vỏ cơ cấu lái làm bằng gang chứa các bộ phận hoạt động, bao gồm trục răng và thanh răng Trục răng, được chế tạo từ thép, quay trơn nhờ hai ổ bi, và việc điều chỉnh ổ bi này thực hiện thông qua một ECU lớn Thanh răng có cấu tạo răng nghiêng, giúp đảm bảo sự dịch chuyển trơn tru khi kết nối với thanh cam và thanh lái Cơ cấu lái được lắp đặt trên cỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn, giúp hoạt động êm ái Khi người lái quay vành tay lái, thanh răng sẽ di chuyển qua trái hoặc phải, điều khiển bánh xe dẫn hướng qua các khớp cầu Dẫn hướng thanh răng giữ cho thanh răng không bị quay trong vỏ cơ cấu, trong khi bạc lệch tâm và vít điều chỉnh giúp tối ưu hóa sự ăn khớp giữa các bộ phận.
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng có các ưu điểm sau:
Cấu trúc của hệ thống lái rất đơn giản và gọn nhẹ nhờ vào cơ cấu lái nhỏ gọn Thanh răng không chỉ đóng vai trò dẫn động lái mà còn giúp loại bỏ sự cần thiết của các thanh ngang như trong các cơ cấu lái khác.
+ Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao
+ Ma sát trượt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều khiển trên vành lái nhẹ
+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải bảo dưỡng
Cơ cấu lái với tỷ số truyền có thể thay đổi giúp cải thiện trải nghiệm lái xe Bước răng giảm dần về hai đầu của thanh răng và độ sâu ăn khớp tăng lên, dẫn đến việc đường kính ăn khớp thực tế của trục răng giảm khi gần tới hai đầu thanh răng Điều này có nghĩa là với cùng một góc quay vô lăng, phần giữa của thanh răng di chuyển dễ dàng hơn so với hai đầu, khiến cho lực lái thay đổi rất ít So với cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi, cơ cấu này mang lại cảm giác điều khiển nhẹ nhàng và thoải mái hơn.
Hệ thống lái của xe bao gồm một trục vít kết hợp với thanh răng, giúp chuyển động khi người lái xoay vô lăng Khi trục vít quay, thanh răng sẽ di chuyển sang trái hoặc phải Để kết nối thước lái với moay-ơ bánh xe, các khớp cầu (rotuyn) được sử dụng, bao gồm một cặp rotuyn lái trong và rotuyn lái ngoài Tất cả các thành phần này tạo thành một hệ dẫn động lái hình thang, hay còn gọi là hình thang lái.
Mục đích của việc thiết kế hình thang lái là để đảm bảo rằng xe có thể di chuyển ổn định khi thực hiện các cú quay vòng Điều này giúp bánh xe phía trong góc cua không bị trượt so với bánh xe phía ngoài, từ đó nâng cao hiệu suất và an toàn khi lái xe.
Dẫn động lái của xe Toyota Fortuner bao gồm trục lái chính và các thanh dẫn động Trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ cấu lái, được cố định vào thân xe bằng ống đỡ Đầu phía trên của trục lái được thiết kế thon và có hình răng cưa, với vô lăng được xiết chặt bằng một đai ốc Trục lái dạng ống lồng kết nối với cơ cấu lái thông qua khớp các đăng.
Hình 3.5: Trục lái xe Toyota Fotuner 2017
Cơ cấu này bao gồm một cặp cữ chặn nghiêng, bulong khoá nghiêng, giá đỡ dễ vỡ và cần nghiêng Khi cần nghiêng ở vị trí khoá, các cữ chặn nghiêng xoay và nâng lên, chặt chẽ giữ giá đỡ dễ vỡ và bộ gá nghiêng Khi chuyển cần gạt nghiêng sang vị trí tự do, sự chênh lệch độ cao của các cữ chặn được loại bỏ, cho phép điều chỉnh trục lái theo hướng thẳng đứng.
