Tổng Quan Về Hệ Thống Lái Trên ô Tô - Tailieuoto

Ad soạn bài viết Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô để giúp các bác dễ tìm hiểu hơn về nguyên lý làm việc cũng như cấu tạo của hệ thống lái trên ô tô. Từ đó, giúp các bác nắm được trình tự phát triển của hệ thống lái trên ô tô.

Hệ thống lái trên ô tô có nhiệm vụ giúp ô tô chuyển hướng theo ý muốn của người lái và đảm bảo tâm quay của các bánh xe tuân thủ theo đúng động học quay vòng ô tô để hạn chế hiện tượng mòn bánh xe khi quay vòng.

Vậy, nhiệm vụ và vai trò của hệ thống lái rất đơn giản nhưng cũng khá quan trọng đúng không nào. Chuyển hướng thì rõ ràng quá rồi. Thế nhưng, động học quay vòng là gì. Các bác cùng Ad tìm hiểu kỹ hơn nhé.

Như ta đã thấy, nếu xét 4 bánh ô tô là vật rắn riêng biệt. Thì để ô tô quay vòng theo đúng hướng quỹ đạo thì hướng tổng hợp lực phải gần giống quỹ đạo nhất càng tốt. Điều đó chỉ đạt được khi 2 bánh lái phải quay với 1 góc đánh lái hoàn toàn khác nhau. Để cho tâm quay của ô tô được nằm đúng vào trọng tâm xe và chuyển động theo đúng quỹ đạo mong muốn của người lái.

Ta có 2 loại động học lái cơ bản được sử dụng trên các xe cơ giới hiện nay đó là động học lái kiểu bàn xoay và động học lái kiểu Ackerman.

Động học lái đầu tiên đó là Động học lái kiểu bàn xoay. Trong động học lái kiểu bàn xoay việc đánh lái được thực hiện bằng cách quay một trục cứng và thường là cầu trước. Việc quay được thực hiện thông qua chốt hay giàn xoay.

Đặc điểm của động học lái bàn xoay đó chính là:

Chính vì thế, động học lái bàn xoay có tính mất ổn định cao nên chỉ phù hợp cho các xe cơ giới di chuyển với tốc độ chậm và ta thường thấy các xe công trình, dầu mỏ hay xe siêu cường, siêu trọng thường sử dụng động học lái này.

Động học lái thứ 2 đó là Động học lái Ackerman. Động học lái Ackerman rất khác với động học lái kiểu bàn xoay khi tất cả bánh xe tự quay quanh trục của nó. Tâm quay được hình thành qua đường nối 2 điểm khớp quay trên và dưới của hệ thống treo bánh xe hay qua đường nối dài của chốt chính đùm gá bánh xe.

Động học lái Ackerman được sử dụng cho tất cả loại xe cơ giới 2 vệt bánh xe. Do khi đánh lái, hình chiếu bằng của xe hầu như không thay đổi. Việc này rất quan trọng cho việc bố trí hệ thống lái trên ô tô khi mà không gian bố trí quá chật hẹp.

Chính vì thế, đối với ô tô du lịch chúng ta chỉ cần tìm hiểu động học lái Ackerman là đủ. Đây là động học lái chính trên hầu hết tất cả các xe được sử dụng trên thị trường ô tô hiện nay.

Trong mỗi bánh xe sẽ có tâm quay riêng trong động học lái Ackerman. Thế nhưng, động học lái Ackerman cũng sẽ có 1 nguyên tắc “Bất di Bất dịch” đó chính là Các bánh xe phải được đánh lái sao cho đường nối dài của tâm trục bánh xe trong và ngoài gặp nhau trên đường nối dài tâm quay cầu sau và các bánh xe sẽ phải chạy trên các đường tròn đồng tâm.

Thật ra để mô phỏng được nguyên tắc của Ackerman thật sự rất là “Khó khăn”. Trong hầu hết các cơ cấu động học lái thì chỉ có cơ cấu động học hình thanh lái cung cấp được việc đánh lái cho ra sự khác nhau ở góc đánh lái của 2 bánh xe dẫn hướng. Các bác nhớ giùm Ad là, Hình thang lái chỉ là để mô phỏng lại được đúng nguyên tắc của Ackerman và đảm bảo yêu cầu mỗi 1 bánh xe có 1 tâm quay riêng biệt. Hình thang lái tạo ra được động học quay vòng gần với nguyên tắc Ackerman thôi.

Phần tiếp theo, Ad sẽ giúp các bác tìm hiểu các cơ cấu tạo ra được cơ cấu hình thang lái trong hệ thống lái trên ô tô và các cơ cấu giúp truyền chuyển động của người lái xuống cơ cấu để chuyển hướng bánh xe.

Clip mô phỏng này nói khá tổng quát và dễ hiểu về các khái niệm của hệ thống lái này. Các bác có thể xem để hiểu hơn nhé.

Các Ad nhớ giúp Ad, hệ thống lái trên ô tô luôn được tách làm 3 cụm chi tiết riêng biệt và ta sẽ đi tìm hiểu từng cụm chi tiết chứ đừng bê một đống chi tiết hệ thống lái trên ô tô rồi tìm hiểu 1 lần như vậy sẽ rối.

Hệ thống lái trên ô tô được chia làm 3 cụm chi tiết chính:

Dẫn động lái có nhiệm vụ chính là các chi tiết truyền chuyển động của người lái đến hệ thống lái để hệ thống lái thay đổi hướng chuyển động của ô tô đồng thời nhận dao động chuyển động từ mặt đất tạo cảm giác lái cho người lái. Bên cạnh đó, dẫn động lái phải đảm bảo an toàn cho người lái khi có va chạm xảy ra (Làm gãy trục lái, túi khí,… nhưng đây là nhiệm vụ phụ).. Các chi tiết chính của dẫn động lái gồm có: Vô lăng lái, trụ lái,…

Bên cạnh đó, dẫn động lái còn gồm một số tay đòn, dầm ngang và cam lái giúp truyền chuyển động của cơ cấu lái thành chuyển động quay của bánh lái. Cụm chi tiết này cũng rất đặc biệt, do quyết định rất nhiều đến góc đặt bánh xe ô tô. Khi các thanh đòn bị lệch hoặc hư hỏng rất có khả năng góc đặt bánh xe cũng bị sai lệch đáng kể đó.

Cơ cấu lái có nhiệm vụ thực hiện điều khiển các đòn xoay trong cơ cấu hình thang lái đảm bảo chuyển động theo đúng động học lái Ackerman đã đề cập ở trên. Thường cơ cấu lái ta sẽ thấy có 2 dạng cơ cấu cơ bản đó là cơ cấu lái trục Vis – Thanh răng và cơ cấu lái loại bi tuần hoàn. Trong ô tô du lịch thì thường sử dụng cơ cấu lái trục Vis – Thanh răng, còn tại sao thì các bác lấy tài liệu về đọc thêm nhé.

Trợ lực lái là cụm các chi tiết giúp giảm lực quay vô lăng cần thiết cho người lái giúp người lái đánh lái dễ dàng hơn. Nếu để ý kỹ hơn ta sẽ thấy, hầu hết các cải tiến của hệ thống lái chỉ nằm ở phần này. Những chi tiết dẫn động lái hay cơ cấu lái hầu như không thay đổi quá nhiều và nếu nói về độ phức tạp. Cụm chi tiết trợ lực lái cũng là cụm chi tiết phức tạp nhất trong hệ thống lái ô tô. Ta có rất nhiều loại trợ lực lái như trợ lực lái cơ khí, trợ lực lái thủy lực, trợ lực lái điện. (Hiện giờ chỉ còn sử dụng trợ lực lái thủy lực và trợ lực lái điện, nhưng hệ thống trợ lực lái điện đang ngày càng trở nên ưu việt hơn do các công nghệ điều khiển ngày càng phát triển).

Nhược điểm lộ rõ nhất của trợ lực lái cơ khí đó chính là hầu hết giá trị trợ lực không thay đổi được và đã là chi tiết cơ khí thì khi sử dụng chắc chắn phải bảo trì – bảo dưỡng thường xuyên và giá trị trợ lực hầu như rất thấp do nguyên tắc trợ lực là sử dụng nguyên tắc đòn bẩy, kết cấu lại phức tạp nên từ đó người ta thay thế sử dụng 1 loại trợ lực lái khác đó là hệ thống lái trợ lực thủy lực.

Hệ thống lái trợ lực thủy lực được xem là hệ thống trợ lựclái tồn tại lâu nhất trong tất cả các hệ thống trợ lực trên ô tô hiện nay (Do hệ thống lái trợ lực điện mới xuất hiện cách đây không lâu). Thật ra hệ thống lái trợ lực thủy lực cũng làm rất tốt vai trò của công việc trợ lực lái. Giúp tăng lực lái khi người lái thực hiện quay vô lăng cũng rất tốt và ổn định.

Tuy nhiên, hệ thống lái trợ lực thủy lực gặp phải 1 vấn đề, đó chính là hệ thống trợ lực thủy lực bị “Ngược đời” với yêu cầu của hệ thống trợ lực đó là khi di chuyển tốc độ thấp, do Motor bơm dầu vẫn còn quay ở tốc độ thấp (Motor được dẫn động bởi trục khuỷu động cơ trong hệ thống phát lực) nên giá trị trợ lực ít trong khi, ở tốc độ thấp ta lại cần sự linh hoạt. Khi di chuyển lên tốc độ cao thì Motor trợ lực lái lại quay nhanh theo tốc độ quay của trục khuỷu dẫn đến giá trị trợ lực tăng lên dẫn đến tay lái bị “Nhẹ” đi và gây mất cảm giác cho người lái.

Ad thấy một Video mô phỏng về nguyên lý hoạt động của hệ thống trợ lực thủy lực khá là hay và dễ hiểu. Các bác có thể tham khảo thêm Video clip này để hiểu hơn về hệ thống trợ lực lái thủy lực nhé.

Chính vì thế, hệ thống lái trợ lực thủy lực được cải tiến thành hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử EHPS. Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử EHPS có ưu điểm vượt trội hơn hệ thống trợ lực thủy lực khi có thể linh hoạt thay đổi mực dầu phù hợp đến cơ cấu trợ lực từ đó khắc phục được hiện tượng mất cảm giác khi di chuyển ở tốc độ cao. Nhưng vẫn chưa giải quyết được vấn đề giá trị trợ lực thấp khi động cơ chạy ở tốc độ thấp.

Chính vì thế, các nhà sản xuất quyết định tìm 1 hướng đi mới mà không phụ thuộc vào tốc độ động cơ hay số vòng quay trục khuỷu. Và cuối cùng, họ quyết định sử dụng hệ thống trợ lực lái điện EPS trên ô tô.

Đây được coi là hệ thống trợ lực hiện đại và sử dụng rất phổ biến hiện nay. Hệ thống lái trợ lực điện EPS có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống lái trợ lực thủy lực ở chỗ đó chính là lái trợ lực điện EPS có thể thay đổi giá trị trợ lực lái độc lập với tốc độ quay của động cơ chỉ đơn thuần là thay đổi giá trị dòng điện đi vào Motor điện. Nên hệ thống trợ lực điện EPS trên ô tô khắc phục được trường hợp tay lái nặng ở tốc độ thấp và từ đó, hệ thống lái trợ lực điện EPS ngày càng được “Trọng dụng” hơn hẳn so với hệ thống lái trợ lực thủy lực.

Theo cấu tạo của hệ thống lái trợ lực điện EPS, ta còn có thể cải tiến ra rất nhiều công nghệ trong đó ví dụ là hệ thống trợ lực điện thay đổi tỷ số lái Active Front Steering của BMW, còn khá nhiều á nhưng mà Ad nhất thời quên mất tiêu. Để nhớ lại Ad sẽ viết về các công nghệ đó chứ bài này cũng dài quá rồi.

Các bác có thể tham khảo thêm Video mô phỏng về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của hệ thống lái trợ lực điện hơn nhé. Video này hình ảnh cũng khá trực quan với diễn giải cũng khá dễ hiểu. Mong nó giúp các bác hiểu hơn về hệ thống nhé.

Giáo trình cấu tạo ô tô ĐH Bách Khoa TPHCM về Hệ thống lái trên ô tô

Giáo trình cấu tạo ô tô ĐH SPKT TPHCM về Hệ thống lái trên ô tô

Giáo trình cấu tạo ô tô ĐH GTVT TPHCM về Hệ thống lái trên ô tô

Tài liệu hệ thống lái trên ô tô của Toyota (ENG)

Tài liệu Động học chuyển động xe ô tô BMW

Cấu tạo hệ thống lái trợ lực điện EMPS ô tô Audi

Cấu tạo hệ thống lái và treo của ô tô Ford

Giáo trình bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái ô tô