[Tìm hiểu] Hệ thống lái trợ lực thủy lực

Tổng quan về hệ thống lái ô tô

Trong ô tô, vô lăng, bánh răng, liên kết và các bộ phận khác được sử dụng để điều khiển hướng chuyển động của xe. Do ma sát giữa lốp trước và mặt đường, đặc biệt là khi đỗ xe, cần phải nỗ lực để bẻ lái. Để giảm bớt sức lực cần thiết, bánh xe được kết nối thông qua một hệ thống bánh răng với các bộ phận định vị lốp trước. Các bánh răng mang lại cho người lái một lợi thế cơ học, tức là chúng nhân lên lực mà anh ta tác dụng, nhưng chúng cũng làm tăng khoảng cách mà anh ta phải quay bánh xe để quay lốp xe một lượng nhất định. Để ô tô quay êm, mỗi bánh xe phải quay theo một vòng tròn khác nhau. Vì bánh xe bên trong quay theo một vòng tròn có bán kính nhỏ hơn, nên nó thực sự quay chặt hơn bánh xe bên ngoài. Nếu bạn vẽ một đường vuông góc với mỗi bánh xe, các đường sẽ cắt nhau tại điểm chính giữa của vòng quay. Dạng hình học của liên kết lái làm cho bánh xe bên trong quay nhiều hơn bánh xe bên ngoài.

Nhiều loại cụm bánh răng được sử dụng. Hệ thống lái kiểu thanh răng và bánh răng là phổ biến nhất. Một bộ bánh răng thanh răng được bao bọc trong một ống kim loại, với mỗi đầu của thanh răng nhô ra khỏi ống. Một thanh, được gọi là thanh giằng, kết nối với mỗi đầu của giá. Bánh răng trụ được gắn vào trục lái. Khi bạn quay vô lăng, bánh răng quay, di chuyển thanh răng. Thanh giằng ở mỗi đầu của giá nối với tay lái trên trục quay. Bộ bánh răng thanh răng chuyển chuyển động quay của vô lăng thành chuyển động thẳng cần thiết để quay các bánh xe và cung cấp khả năng giảm bánh răng, giúp quay bánh xe dễ dàng hơn.

Cơ cấu lái bi tuần hoàn chứa một bánh răng sâu. Bạn có thể hình dung bánh răng thành hai phần. Phần đầu tiên là một khối kim loại với một lỗ ren trong đó. Khối này có các răng bánh răng được cắt vào bên ngoài của nó, khớp với một bánh răng di chuyển cánh tay pitman. Pa lăng kết nối với một thanh ren, tương tự như một bu lông, thanh này sẽ dính vào lỗ trên khối. Khi vô lăng quay, nó làm quay bu lông. Thay vì xoắn sâu hơn vào khối như cách một bu lông thông thường, bu lông này được giữ cố định để khi nó quay, nó sẽ di chuyển khối, làm chuyển động bánh răng làm quay các bánh xe.

Thay vì bu lông liên kết trực tiếp với các ren trong khối, tất cả các ren được lấp đầy bằng các ổ bi tuần hoàn qua bánh răng khi nó quay. Quả bóng thực sự phục vụ hai mục đích: Thứ nhất, chúng giảm ma sát và mài mòn trong bánh răng; thứ hai, chúng giảm độ dốc trong bánh răng. Sẽ có cảm giác dốc khi bạn thay đổi hướng của vô lăng – nếu không có bi trong vô lăng, các răng sẽ tiếp xúc với nhau trong giây lát, làm cho vô lăng có cảm giác lỏng lẻo. Trên hầu hết các ô tô, cần ba đến bốn vòng quay hoàn toàn của vô lăng để bánh xe chuyển từ trạng thái khóa sang khóa (từ ngoài cùng bên trái sang bên phải). Ở những chiếc xe nhanh hơn, nặng hơn, lực cần thiết để quay lốp có thể rất lớn. Nhiều chiếc xe trong số này sử dụng hệ thống lái trợ lực thủy lực hoặc điện. Là một tính năng an toàn trong nhiều xe ô tô hiện đại, cột mà vô lăng được gắn trên đó sẽ sụp xuống nếu người lái bị ném ngược lại vào bánh xe trong một vụ va chạm.

Hệ thống trợ lực lái thủy lực

Hệ thống trợ lực lái thủy lực có cơ cấu lái trợ lực kiểu thanh răng và bánh răng, bao gồm van điều khiển và xi lanh servo. Cùng với bơm trợ lực lái, bình dầu trợ lực lái, các ống dẫn áp suất và hồi lưu, đây là những thành phần chính của hệ thống. Trợ lực lái sử dụng áp suất thủy lực để giảm lực đánh lái, giúp người lái dễ dàng vận hành vô lăng. Nỗ lực lái thường là 20N đến 39N. Ngoài ra, hệ thống trợ lực lái điện mang lại sự ổn định cao hơn trong quá trình lái xe và ngăn ngừa sốc từ các bất thường trên mặt đường có thể truyền đến vô lăng. Chất lỏng trợ lực lái được bơm từ bơm trợ lực lái đến van chuyển đổi lối đi, tùy thuộc vào cách quay của tay lái, nó được dẫn đến bên phải hoặc bên trái của xi lanh trợ lực.

Van chuyển đổi lối đi này được gọi là Van điều khiển thủy lực. Chất lỏng trợ động lái bên trong xi lanh tác động lên pít-tông của thanh răng, do đó cung cấp trợ lực cho thanh răng và bánh răng lái. Các thành phần cơ học của cơ cấu lái được bôi trơn bằng mỡ có độ nhớt cao và được làm kín khỏi mạch thủy lực và các bộ phận khác của hệ thống bằng các con dấu và ga cao su. Một số hệ thống kết hợp các cân nhắc đặc biệt để giảm nỗ lực đánh lái khi vận hành tốc độ thấp và tăng nỗ lực lái khi vận hành tốc độ cao. Các hệ thống này được gọi là Hệ thống lái điện tử (EPS).

Vỏ van điều khiển thủy lực, được gắn với vỏ thiết bị lái, có bốn kết nối cho dòng chảy của chất lỏng trợ lực lái: Phân phối servo từ bơm trợ lực lái (A), trở về bình chứa chất lỏng trợ lực lái, đến xi lanh servo khi quay phải hoặc từ xi lanh servo khi rẽ trái và đến xi lanh servo khi quay trái hoặc từ xi lanh servo khi quay phải. Xi lanh là một phần của vỏ hộp số lái. Giá đỡ được trang bị một pít-tông hoàn chỉnh với các vòng đệm. Đối với dòng chất lỏng trợ lực lái đến và đi từ van điều khiển, có hai kết nối trên xi lanh servo, một ở mỗi bên của piston. Khi rẽ phải, chất lỏng trợ lực lái được bơm đến phần bên phải của xi lanh trợ lực.

Piston và thanh răng được ép sang trái và chất lỏng trợ lực lái được xả ra khỏi phần bên trái của xi lanh servo. Gờ cao su ở phía bên trái bị căng ra cùng lúc với phần ở phía bên phải bị nén. Chuyển động của thanh răng được truyền qua các khớp bi bên trong, thanh ray và thanh ray ngoài kết thúc với tay lái của bộ phận xoay lái. Cả khớp bi bên trong và đầu thanh ray bên ngoài đều được bôi trơn suốt đời và tự điều chỉnh, không cần hoặc có thể phải bôi trơn thêm hoặc điều chỉnh.

Bơm dầu trợ lực lái

Trợ lực thủy lực cho hệ thống lái được cung cấp bởi một máy bơm cánh quạt quay. Máy bơm này được dẫn động bởi động cơ của ô tô thông qua một dây đai và ròng rọc. Phần tử bơm bao gồm một rôto có một số khe, một cánh gạt cho mỗi khe, một vành bơm và hai tấm cuối có các cổng vào và ra cho chất lỏng trợ lực lái. Do hình bầu dục của vòng bơm, thể tích giữa các cánh gạt tăng và giảm hai lần trong mỗi vòng quay của rôto.

Các cổng vào dẫn đến các khu vực mà khối lượng tăng lên và các cổng ra dẫn đến các khu vực mà khối lượng giảm, do đó tạo ra hiệu ứng bơm. Ngoài việc bị ép ra ngoài bằng lực ly tâm, các cánh gạt còn bị áp lực của chất lỏng ép ra ngoài so với vòng bơm. Chất lỏng được dẫn vào các khe bên trong cánh gạt

Van điều khiển áp suất và lưu lượng

Mục đích của van điều khiển là điều chỉnh lưu lượng từ máy bơm để nó không đổi, không phụ thuộc vào vòng tua động cơ / máy bơm. Van điều khiển nằm ở một bên, được kết nối trực tiếp với lưu lượng bơm. Tại lối ra của máy bơm, một bộ hạn chế được đặt mà từ đó một đoạn nối dẫn đến phía bên kia của van, có chứa một lò xo. Khi không kích hoạt, van sẽ ép vào phía đầu ra. Khi áp suất cao, van tràn nằm trong van điều khiển sẽ được tác động bởi áp suất chất lỏng trợ lực lái trên van điều khiển lò xo có tải. Để van điều khiển hoạt động, một lượng chất lỏng trợ lực lái nhất định phải luân chuyển liên tục qua nó, mặc dù không phải khi vô lăng ở trạng thái khóa hoàn toàn.

Đánh lái và đỗ xe ở tốc độ động cơ thấp: Áp suất do máy bơm tạo ra giảm nhẹ qua bộ hạn chế ở cửa ra máy bơm. Áp suất giảm được dẫn đến lò xo nạp phía của van điều khiển, lúc này có sự chênh lệch áp suất nhỏ giữa hai phía của van. Tuy nhiên, do tốc độ bơm thấp, sự chênh lệch áp suất này không đủ để kích hoạt van.

Đánh lái ở tốc độ động cơ cao (bơm ở chế độ điều khiển lưu lượng): Lưu lượng của chất lỏng trợ lực lái bên trong bơm tăng lên khi tăng vòng tua động cơ và do bộ hạn chế trong cửa ra bơm nên vận tốc dòng chảy cũng tăng. Điều này làm giảm áp suất trong đoạn kết nối, kết quả là áp suất tác động lên phía lò xo của van điều khiển sẽ thấp hơn áp suất tác động lên phía đầu ra của van. Do đó, van sẽ khắc phục lực của lò xo, mở một cổng vào phía hút của máy bơm và cho phép một lượng tuần hoàn bên trong của chất lỏng diễn ra để dòng chảy từ máy bơm được duy trì ở tốc độ không đổi, bất kể động cơ. / vòng / phút bơm.

Vô lăng chuyển sang khóa hoàn toàn: Tốc độ bơm trong trường hợp này thường thấp. Khi vô lăng chuyển sang trạng thái khóa hoàn toàn, van điều khiển của thiết bị lái sẽ đóng lại. Khi đó lưu lượng chất lỏng từ máy bơm sẽ bằng không. Áp suất cao tạo ra được dẫn qua đường kết nối đến phía có lò xo của van điều khiển. Áp suất mở van tràn và cho phép chất lỏng đi qua phía đầu vào của máy bơm. Sự chênh lệch áp suất qua van điều khiển buộc nó di chuyển so với lò xo và do đó mở cổng để tuần hoàn toàn bộ dòng phân phối từ máy bơm. Áp suất tối đa xác định trước được duy trì miễn là van điều khiển vẫn đóng.

Van điều khiển thủy lực

Van điều khiển thủy lực bao gồm một ống van, một ống bọc, một thanh xoắn và một bánh răng. Trục trung gian của trụ lái được nối với van bằng khớp vạn năng. Thanh xoắn được nối với đầu trên của van bằng chốt. Đầu kia của thanh xoắn được nhấn vừa vặn trong bánh răng. Ống bọc được nối với bánh răng bằng chốt và theo đúng chuyển động quay của bánh răng. Cũng có một kết nối an toàn không thành công giữa ống van và bánh răng cần thiết để duy trì khả năng lái trong trường hợp thanh xoắn bị hỏng. Tay áo có ba rãnh hướng tâm, chất lỏng trợ lực lái được bơm vào rãnh giữa.

Khi vô lăng ở vị trí thẳng về phía trước, van điều khiển mở và chất lỏng chảy lên qua van và trở lại bình chứa trợ lực lái qua khoang phía trên ống bọc. Đầu trên của bánh răng được gắn trong ổ trục kim trong khi đầu dưới được gắn trong ổ bi. Một pít tông nạp lò xo ép giá đỡ vào bánh răng. Khi vô lăng quay, chuyển động được truyền qua thanh xoắn đến bánh răng. Vì thanh xoắn có phần đàn hồi nên sẽ có sự khác biệt giữa mức độ quay của ống van (theo chuyển động quay của trục trung gian) và ống bọc được cố định vào bánh răng. Do đó, chất lỏng không còn có thể chảy qua van điều khiển và trở lại bình chứa chất lỏng trợ lực lái trực tiếp. Thay vào đó, các đoạn chuyển phát và trả lại mở cho xi lanh servo

Nguyên tắc hoạt động Van điều khiển thủy lực

Ở vị trí thẳng phía trước, dầu có áp suất được phân phối qua cổng “a” và đến xi lanh servo bên phải cổng b và bên trái cổng “c”. Áp suất trong cả hai, xi lanh servo trái và phải bằng nhau, và dầu được xả qua cổng mở “d” trở lại bình chứa. Khi rẽ trái, chất lỏng trợ lực lái được bơm sang phía bên trái của xi lanh servo qua rãnh hướng tâm trên cổng „b của ống bọc. Đồng thời, phía bên trái của xi lanh servo được làm trống thông qua rãnh xuyên tâm dưới cổng c của ống bọc.

Chất lỏng trợ lực lái được dẫn lên qua van đến khoang phía trên ống chỉ và quay trở lại bình chứa chất lỏng trợ lực lái. Khi rẽ phải, quá trình này bị đảo ngược. Miễn là thanh xoắn bị xoắn, chất lỏng trợ lực lái sẽ ép lên giá để thu được hiệu ứng servo. Sự khác biệt giữa ống van và ống bọc giảm khi chất lỏng trợ lực tác động lên thanh răng cùng hướng với bánh răng. Khi không còn sự khác biệt, van sẽ mở hành trình đưa chất lỏng trợ lực lái trở lại bình chứa. Một số chất lỏng trợ lực lái liên tục lưu thông trong van ngoại trừ khi tay lái được chuyển sang vị trí cuối. Điều này giúp van điều khiển trong bơm trợ lực lái có thể hoạt động trong khi tuần hoàn làm mát chất lỏng trợ lực lái.

Tư vấn kỹ thuật hệ thống lái trên ô tô liên hệ:

Cố vấn dịch vụ: Hotline & zalo: 03.48.68.87.68