Cấu tạo hệ thống lái có trợ lực ô tô

 1. Mô tả

Để tăng khả năng lái xe,hầu hết các xe ô tô hiện đại đều có lốp rộng áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt đường và lốp xe. Do vậy đòi hỏi nhiều lực đánh lái hơn.

Nếu tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái thì có thể giảm được lực đánh lái. Tuy nhiên, điều này sẽ khiến phải quay vô lăng nhiều hơn khi xe quay vòng và không thể quay góc ngoặt gấp được.

Do đó để việc lái được nhạy mà lực lái nhỏ thì cần phải có một số thiết bị trợ lái. Nói cách khác lái có trợ lực trước đây chủ yếu sử dụng trong các xe lớn thì này cũng được dùng cho các xe du lịch nhỏ.

2. Các loại trợ lực lái

Có hai loại bao gồm loại trợ lái thuỷ lực và trợ lái điện.

Hiện nay, hầu hết các loại xe đều sử dụng trợ lái thuỷ lực. Ba bộ phận chính của trợ lái thuỷ lực là bơm, van điều khiển và xi lanh trợ lực

3. Hoạt động của của trợ lái thuỷ lực

Hệ thống lái có trợ lực sử dụng công suất của động cơ để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất thuỷ lực. Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển. Vì áp suất dầu đẩy pít tông trong xi lanh trợ lái, lực cần đề điều khiển vô lăng sẽ giảm. Cần phải định kỳ kiểm tra sự rò rỉ dầu.

Bơm trợ lực lái

1. Mô tả

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực đòi hòi áp suất cao. Thiết bị này sử dụng lực của động cơ để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất thuỷ lực. Trong bơm sử dụng các cánh gạt nên loại trợ lái này có tên như trên.

THAM KHẢO:

 EHPS (trợ lái thuỷ lực-điện)

Nhìn chung một hệ thống lái có trợ lực sử dụng lực động cơ để dẫn động bơm trợ lực tạo áp suất thuỷ lực.

EHPS là một hệ thống lái có trợ lực sử dụng mô tơ để tạo áp suất thuỷ lực và giảm lực cần thiết để điều khiển vô lăng. Do hệ thống này giảm phụ tải trong động cơ, nên nó nâng cao tiết kiệm nhiên liệu. ECU kiểm soát tốc độ quay mô tơ (lượng xả của bơm) theo các thông số như tốc độ xe và góc quay của vô lăng.

2. Cấu tạo

(1) Thân bơm

Bơm được dẫn động bằng puli trục khuỷu động cơ và dây đai dẫn động, và đưa dầu bị nén vào hộp cơ cấu lái. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào hộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ một van điều khiển lưu lượng và lượng dầu thừa được đưa trở lại đầu hút của bơm.

(2) Bình chứa

Bình chứa cung cấp dầu trợ lực lái. Nó được lắp trực tiếp vào thân bơm hoặc lắp tách biệt. Nếu không lắp với thân bơm thì sẽ được nối với bơm bằng hai ống mềm.

Thông thường, nắp bình chứa có một thước đo mức đề kiểm tra mức dầu. Nếu mức dầu trong bình chứa giảm dưới mức chuẩn thì bơm sẽ hút không khi vào gây ra lỗi trong vận hành.

(3) Van điều khiển lưu lượng

Van điều khiển lưu lượng điều chỉnh lượng dòng chảy dầu từ bơm tới hộp cơ cấu lái, duy trì lưu lượng không đổi mà không phụ thuộc tốc độ bơm (v/ph).

 (4) Thiết bị bù không tải

Bơm tạo ra áp suất dầu tối đa khi vô lăng quay hết cỡ sang phải hoặc sang trái. Lúc này phụ tải tối đa trên bơm làm giảm tốc độ không tải của động cơ.

Để giải quyết vấn đề này, hầu hết các xe đều có thiết bị bù không tải để tăng tốc độ không tải của động cơ mỗi khi bơm phải chịu phụ tải nặng. Thiết bị bù không tải có chức năng tăng tốc độ không tải của động cơ khi áp suất dầu bơm tác động lên van điều khiển không khí (lắp đặt trên thân bơm) để kiểm soát lưu lượng không khí.

Trong các động cơ EFI, khi áp suất dầu đẩy pít tông của van điều khiển không khí, van điều khiển không khí mở và lượng không khí đi tắt qua bướm ga sẽ tăng để điều chỉnh tốc độ động cơ.

3. Hoạt động

(1) Bơm trợ lực lái

Rô to quay trong một vòng cam được gắn chắc với vỏ bơm. Rô to có các rãnh đẻ gắn các cánh bơm được gắn vào các rãnh đó. Chu vi vòng ngoài của rô to hình tròn nhưng mặt trong của vòng cam hình ô van do vậy tồn tại một khe hở giữa rô to và vòng cam. Cánh gạt sẽ ngăn cách khe hở này để tạo thành một buồng chứa dầu.

Cánh bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của vòng cam bằng lực ly tâm và áp suất dầu tác động sau cánh bơm, hình thành một phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất từ giữa cánh gạt và vòng cam khi bơm tạo áp suất dầu.

Dung tích buồng dầu có thể tăng hoặc giảm khi rô to quay để vận hành bơm. Nói cách khác, dung tích của buồng dầu tăng tại cổng hút do vậy dầu từ bình chứa sẽ được hút vào buồng dầu từ cổng hút.

Lượng dầu trong buồng chứa giảm bên phía xả và khi đạt đến 0 thì dầu trước đây được hút vào buồng này bị ép qua cổng xả.Có 02 cổng hút và 02 cổng xả. Do đó, dầu sẽ hút và xả 02 lần trong trong một chu kỳ quay của rô to. 

(2) Van điều khiển lưu lượng và ống điều khiển

Lưu lượng của bơm trợ lực lái tăng theo tỷ lệ với tốc độ động cơ. Lượng dầu trợ lái do pít tông của xi lanh trợ lực cung cấp lại do lượng dầu từ bơm quyết định. Khi tốc độ bơm tăng thì lưu lượng dầu lớn hơn cấp nhiều trợ lực hơn và người lái cần tác động ít lực đánh lái hơn. Nói cách khác, yêu cầu về lực đánh lái thay đổi theo sự thay đổi tốc độ. Đây là điều bất lợi nhìn từ góc độ ổn định lái.

Do đó, việc duy trì lưu lượng dầu từ bơm không đổi không phụ thuộc tốc độ xe là một yêu cầu cần thiết. Đó chính là chức năng của van điều khiển lưu lượng.

Thông thường, khi xe chạy ở tốc độ cao, sức cản lốp xe thấp vì vậy đòi hỏi ít lực lái hơn. Do đó, với một số hệ thống lái có trợ lực, có ít trợ lực hơn ở điều kiện tốc độ cao mà vẫn có thể đạt được lực lái thích hợp.

Tóm lại, lưu lượng dầu từ bơm tới hộp cơ cấu lái giảm khi chạy ở tốc độ cao và lái có ít trợ lực hơn.

Lưu lượng của bơm tăng lên theo mức tăng tốc độ bơm nhưng lượng dầu tới hộp cơ cấu lái giảm. Người ta gọi cơ cấu này là loại lái có trợ lực nhạy cảm với tốc độ và nó bao gồm van điều khiển lưu lượng có một ống điều khiển.

Bơm trợ lực lái

<1> Ở tốc độ thấp (tốc độ bơm: 650-1.250 v/ph)

Áp suất xả P1 của bơm tác động lên phía phải của van điều khiển lưu lượng và P2 tác động lên phía trái sau khi đi qua các các lỗ. Chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 lớn hơn khi tốc độ động cơ tăng.

Khi sự chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 thắng sức căng của lò xo van điều khiển lưu lượng thì van này sẽ dịch chuyển sang trái,mở đường chảy sang phía cửa hút vì vậy dầu chảy về phía cửa hút. Lượng dầu tới hộp cơ cấu lái được duy trì không đổi theo cách này. 

 <2> Ở tốc độ trung bình (Tốc độ bơm: 1.250-2.500 v/ph)

Áp suất xả của bơm P1 tác đông lên phía trái của ống điều khiển. Khi tốc độ bơm trên 1.250 v/ph, áp suất P1 thắng sức căng lò xo (B) và đẩy ống điều khiển sang phải do đó lượng dầu qua các lỗ giảm gây ra việc giảm áp suất P2. Kết quả là chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 tăng. Theo đó van điều khiển lưu lượng dịch chuyến sang trái và đưa dầu về phía cửa hút giảm lượng dầu vào hộp cơ cấu lái. Nói cách khác khi ống điều khiển chuyển sang phải, lượng dầu qua các lỗ giảm.

<3> Ở tốc độ cao (Tốc độ bơm: trên 2.500 v/ph)

Khi tốc độ bơm vượt 2.500 v/ph, ống điều khiển tiếp tục bị đẩy sang phải, đóng một nửa các lỗ tiết lưu. Lúc này, áp suất P2 chỉ do lượng dầu qua các lỗ quyết định. Theo cách này lượng dầu tới hộp cơ cấu lái được duy trì không đổi (trị số nhỏ). 

 <4> Van an toàn

Van an toàn đặt trong van điều khiển lưu lượng.

Khi áp suất P2 vượt mức quy định (khi quay hết cỡ vô lăng), van an toàn sẽ mở để giảm áp suất.

Khi áp suất P2 giảm thì Van điều khiển lưu lượng bị đẩy sang trái và điều chỉnh áp suất tối đa. 

Hộp cơ cấu lái

1. Mô tả

Pít tông trong xi lanh trợ lực được đặt trên thanh răng, và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên pít tông theo cả hai hướng. Một phớt dầu trên pít tông ngăn dầu rò rỉ ra ngoài.

Trục van điều khiển được nối với vô lăng. Khi vô lăng ở vị trí trung hoà (xe chạy thẳng) thì van điều khiển cũng ở vị trí trung hoà do đó dầu từ bơm trợ lực lái không vào khoang nào mà quay trở lại bình chứa. Tuy nhiên, khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì van điều khiển thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng. Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van điều khiển.

Hiện nay có 3 loại van điều khiển khác nhau để điều khiển sự chuyển đổi đường dẫn đó là các van cuộn cảm, van quay và các van cánh. Tất cả các loại van đó đều có một thanh xoắn nằm giữa trục van điều khiển và trục vít.Van điều khiển vận hành theo mức độ xoắn của thanh xoắn.

2. Phân loại van điều khiển

Người ta bố trí van điều khiển trong hộp cơ cấu lái. Hộp cơ cấu lái có thể là cơ cấu lái có trợ lực loại trục vít-thanh răng hoặc cơ cấu lái có trợ lực loại bi tuần hoàn. Van điều khiển là một trong ba loại: loại van quay, loại van ống hoặc van cánh.

Hiện nay, van quay được sử dụng trong nhiều kiểu xe.

 3. Cấu tạo

Sau đây sẽ trình bày về loại van quay.

Van điều khiển trong hộp cơ cấu lái quyết định đưa dầu từ bơm trợ lực lái đi vào buồng nào. Trục van điều khiển (trên đó tác động mômen vô lăng) và trục vít được nối với nhau bằng một thanh xoắn.

Van quay và trục vít được cố định bằng một chốt và quay liền với nhau.

Nếu không có áp suất của bơm tác động, thanh xoắn sẽ ở trạng thái hoàn toàn xoắn và trục van điều khiển và trục vít tiếp xúc với nhau ở cữ chặn và mômen của trục van điều khiển trực tiếp tác động lên trục vít. 

4. Hoạt động

Chuyển động quay của trục van điều khiển kiểu van quay tạo nên một giới hạn trong mạch thuỷ lực. Khi vô lăng quay sang phải áp suất bị hạn chế tại các lỗ X và Y. Khi vô lăng quay sang trái trục van điều khiển tạo giới hạn tại X' và Y'.

Khi vô lăng xoay thì trục lái quay, làm xoay trục vít qua thanh xoắn. Ngược lại với trục vít, vì thanh xoắn xoắn tỷ lệ với lực bề mặt đường, trục van điều khiển chỉ quay theo mức độ xoắn và chuyển động sang trái hoặc sang phải. Do vậy tạo các lỗ X và Y (hoặc X' và Y') và tạo sự chênh lệch áp suất thuỷ lực giữa các buồng xi lanh trái và phải.

Bằng cách này, tốc độ quay của trục van điều khiển trực tiếp làm thay đổi đường đi của dầu và điều chỉnh áp suất dầu.

Dầu từ bơm trợ lực lái sẽ vào vòng ngoài của van quay và dầu chảy về bình chứa qua khoảng giữa thanh xoắn và trục van điều khiển. 

(1) Vị trí trung gian

Khi trục van điều khiển không quay nó sẽ nằm ở vị tri trung gian so với van quay. Dầu do bơm cung cấp quay trở lại bình chứa qua cổng "D" và buồng "D". Các buồng trái và phải của xi lanh bị nén nhẹ nhưng do không có sự chênh lệch áp suất nên không có lực trợ lái

(2) Quay sang phải

Khi xe quay vòng sang phải, thanh xoắn bị xoắn và trục van điều khiển theo đó quay sang phải. Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vào các cổng "C" và cổng "D". Kết quả là dầu chảy từ cổng "B" tới ống nối "B" và sau đó tới buồng xi lanh phải, làm thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối "C" --> cổng "C" --> cổng "D" --> buồng "D".

(3) Quay sang trái

Cũng giống như quay vòng sang phải, khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn bị xoắn và trục điều khiển cũng quay sang trái.

Các lỗ X' và Y' hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy dầu vào các cổng "B" và "C". Do vậy, dầu chảy từ cổng "C" tới ống nối "C" và sau đó tới buồng xi lanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi lanh phải chảy về bình chứa qua ống nối "B" --> cổng " B" --> cổng "D" --> buồng "D".

Trợ lái phi tuyến tính mới 

1. Mô tả

PPS loại mới (Trợ lái phi tuyến tính) làm thay đổi lực vận hành vô lăng phù hợp với tốc độ xe.

Ở tốc độ chạy chậm lực đánh lái nhẹ hơn và ở tốc độ cao lực lái nặng hơn.

2. Hoạt động

Trợ lái phi tuyến tính loại phản ứng thuỷ lực sử dụng một thanh xoắn mỏng hơn thanh xoắn trong trợ lái thông thường để giảm lực lái cần thiết khi lái tại chỗ hoặc chạy ở tốc độ chậm.Tuy nhiên, điều này làm lực lái cần thiết trở nên quá nhỏ (vô lăng quá "nhẹ") khi xe tăng tốc.

Để ngăn chặn điều này, lực lái yêu cầu được tăng lên giống như khi có thanh xoắn dầy hơn, bằng cách bố trí một buồng phản ứng thuỷ lực để loại bỏ chuyển động quay của trục van điều khiển (trong hộp van điều khiển) nhờ 04 pít tông thuỷ lực. áp suất thuỷ lực trong buồng phản ứng thuỷ lực sẽ thấp khi tốc độ xe chậm và cao khi xe chạy nhanh.

Áp suất đó cũng tăng khi áp suất thuỷ lực trong xilanh trợ lực tăng do điều khiển vô lăng. Đối với trợ lái phi tuyến tính loại phản ứng thuỷ lực thì lực lái thay đổi tuỳ theo tốc độ xe và vận hành vô lăng.