Nghiên cứu, phân tích và đánh giá động lực học hệ thống lái ô tô + ppt thuyết trình

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI. 10

1.1. Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại 10

1.1.1. Nhiệm vụ 10

1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái 11

1.1.3. Phân loại hệ thống lái 12

1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của hệ thống lái 13

1.2.1. Cấu tạo 13

1.2.2. Nguyên lý hoạt động 14

1.3. Các bộ phận chính của hệ thống lái 14

1.3.1. Trục lái 14

1.3.2. Cơ cấu lái 15

1.3.2.1. Chức năng 15

1.3.2.2. Một số cơ cấu lái thường dùng 16

1.3.3. Dẫn động lái 20

1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống lái 23

1.4.1. Tỉ số truyền của hệ thống lái 23

1.4.2. Điều kiện không trượt khi quay vòng 26

1.4.3. Góc đặt bánh xe 29

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 DỤNG 41

2.1. Hệ thống lái cơ khí thông thường không trợ lực. 41

2.1.1. Hệ thống lái loại trục vít – bánh vít 41

Cấu tạo: 41

Nguyên lý làm việc : 42

2.1.2. Hệ thống lái loại thanh răng – bánh răng 42

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 lực 44

2.2.2. Bộ trợ lực lái loại khí 45

Cấu tạo : 45

Nguyên lý hoạt động: 45

2.2.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng 46

2.2.3.1. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực 46

2.2.3.2. Bộ trợ lực thủy lực 47

2.2.3.3. Bơm trợ lực lái 49

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 tử 51

2.3.1. Khái niệm 51

2.3.2. Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 51

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 tử 54

2.3.5. Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 56

CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ 58

3.1. Phương trình quay vòng ô tô hai cầu 58

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 xe 63

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 bên 73

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 động 78

3.2.1.1. Hàm truyền hệ thống 79

3.2.1.2. Điều kiện ổn định của hệ thống 82

3.2.2. Đánh giá chất lượng hệ thống trong điều khiển động. 83

3.2.2.1. Một số khái niệm 83

3.2.2.2. Đánh giá quá trình quá độ của hệ thống. 84

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 92

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 - 1: Các phương pháp quay vòng xe cơ giới 10

Hình 1 - 2: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống lái 13

Hình 1 - 3: Cấu tạo chung của trục lái 14

Hình 1 - 4: Hộp số lái kiểu trục vít - cung răng 16

Hình 1 - 5: Hộp số lái kiểu trục vít - con lăn 17

Hình 1 - 6: Hộp số lái kiểu trục vít – đòn lắc 18

Hình 1 - 7: Hộp số lái kiểu trục vít - êcu - bi - cung răng 18

Hình 1 - 8: Hộp số lái bánh răng - thanh răng 19

Hình 1 - 9: Cấu tạo hình thang lái điển hình 21

Hình 1 - 10: Kết cấu của thanh nối bên 22

Hình 1 - 11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng trong mặt phẳng ngang 25

Hình 1 - 12: Các giai đoạn của quá trình quay vòng 26

Hình 1 - 13: Sơ đồ mô phỏng bán kính quay vòng 27

Hình 1 - 14: Sơ đồ động học của xe ôtô 28

Hình 1 - 15: Các yếu tố góc đặt bánh xe 29

Hình 1 - 16: Góc camper 30

Hình 1 - 18: Tác dụng của góc camper dương 31

Hình 1 - 19: Tác dụng của góc camper âm 32

Hình 1 - 20: Góc caster và khoảng caster 33

Hình 1 - 21: Góc caster dương và âm 34

Hình 1 - 22: Ổn định chạy trên đường thẳng nhờ có khoảng caster 34

Hình 1 - 23: Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster 35

Hình 1 - 24: Góc kingpin 36

Hình 1 - 25: Giảm lực đánh lái 37

Hình 1 - 26: Giảm phản hồi và kéo lệch sang một phía 37

Hình 1 - 27: Độ chụm độ choãi 38

Hình 1 - 28: Góc quay vòng 39

Hình 2 - 1: Hệ thống lái cơ học loại trục vít – bánh vít 41

Hình 2 - 2: Hệ thống lái cơ học loại thanh răng – bánh răng 42

Hình 2 - 3: Hệ thống lái có trợ lực 44

Hình 2 - 4: Bộ trợ lực lái loại khí 45

Hình 2 - 5: Hệ thống lái trợ lực thủy lực 46

Hình 2 - 6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng xoắn - thanh răng 47

Hình 2 - 7: Cấu tạo bộ trợ lực 48

Hình 2 - 8: Cấu tạo bơm trợ lực cánh gạt 49

Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý bơm trợ lực cánh gạt 50

Hình 2 - 10: Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 51

Hình 2 - 11: Sơ đồ bộ trợ lực lái điều khiển điện tử 52

Hình 2 - 12: Bộ trợ lực điện 52

Hình 2 - 13: Các chi tiết của bộ trợ lực lái 53

Hình 2 - 14: Đồ thi thể hiện sự thay đổi tỷ số truyền 55

Hình 2 - 15: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 55

Hình 2 - 16: Vết của các bánh xe ở hệ thống lái không có điều khiển bằng điện tử 56

Hình 3 - 1: Mô hình tính toán động lực học cho ô tô 58

Hình 3 - 2: Mô hình hệ thống lái 61

Hình 3 - 3: Mô hình phẳng một vệt của ô tô 63

Hình 3 - 4: Quan hệ động học của mô hình một vết 65

Hình 3 - 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe 70

Hình 3 - 6: Đồ thị đặc tính tốc độ của góc lệch bên 72

Hình 3 - 7: Đồ thị đặc tính tốc độ của gia tốc bên 74

Hình 3 - 8: Đường Đặc tính tốc độ của (ε ̇/β_v )_t(1/s)/rad 75

Hình 3 - 9: Đường Đặc tính tốc độ của (α/β_v )_trad/rad 76

Hình 3 - 10: Đường Đặc tính tốc độ của (y ̈/β_v )_t[(m/s2)/rad] 76

Hình 3 - 11: Thời gian quá độ và thời gian lên 84

Hình 3 - 12: Độ quá điều chỉnh 84

Hình 3 - 13: Đặc tính quá độ của vận tốc góc quay thân xe 85

Hình 3 -14: Đặc tính quá độ của góc lệch hướng chuyển động 86

Hình 3 - 15: Đặc tính quá độ của gia tốc bên 87

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