Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (2)

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ
---

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI
TRÊN XE SANTAFE

SVTH: THẬP HẢI LONG

ĐỒNG NAI, 06/2022


ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ
---

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI
TRÊN XE SANTAFE
Chun ngành: Kỹ thuật Ơ Tơ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TH.S: NGUYỄN HOÀNG LUÂN

ĐỒNG NAI, 06/2022

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền khoa học kỹ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ
mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội,
đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Ngày nay chúng ta đã tạo ra được những sản
phẩm xe hơi, nó khơng những là phương tiện đi lại, vận chuyển mà nó cịn là tác
phẩm thể hiện sự tiện nghi và sang trọng. chúng ta đã tạo ra được những dòng xe
cao cấp và hiện đại, di cùng với nó là sự tiện nghi và an toàn rất được chú trọng
nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và an toan khi điều khiển. chính vì
vậy, nhóm chúng em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống
lái, tuy nhiên chúng em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái trợ lực trên các dòng xe
du lịch Hyundai đời mới.

Đồng nai, ngày tháng năm 2022
Sinh viên thực hiện

Thập Hải Long


LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ điện - Điện tử, trường đại học
Lạc Hồng đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và thực hiện đề tài tốt
nghiệp này. Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hồng Luân người
đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo chúng em trong quá trình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn q thầy cơ đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em
những kiến thức quý báu trong năm vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn ông bà, cha mẹ đã luôn động viên ủng hộ vật chất
lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua.
Em xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và ủng hộ của các anh chị bạn bè trong

q trình thực hiện khóa đề tài. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đồ án trong phạm vi
và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong nhận được sự thơng cảm, góp ý và tận tình chỉ bảo của q
thầy cô và nhà trường!

Sinh viên thực hiện

Thập Hải Long


MỤC LỤ
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................1
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu.............................................1
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới...................................1
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.....................................2
1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu............................................2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI......................................4
2.1. Mô tả chung hệ thống lái.......................................................4
2.1.1. Cơng dụng.......................................................................4
2.1.2. Các trạng thái quay vịng của xe.....................................4
2.1.3. Phân loại hệ thống lái......................................................5
2.1.4. Những yêu cầu của hệ thống lái ô tô...............................6
2.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái......................................6
2.2.1. Vành lái............................................................................7
2.2.2. Trục lái.............................................................................7
2.2.3. Cơ cấu lái.........................................................................7
2.2.4. Góc đặt bánh xe.............................................................16
2.2.5. Dẫn động lái..................................................................23
2.2.6. Hệ thống lái có trợ lực...................................................26

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI...........................................28
3.1. Lựa chọn phương án thiết kế ..............................................28
3.1.1. Phương án dẫn động lái.................................................28
3.1.2. Phương án cơ cấu lái......................................................29
3.2. Tính tốn động học hình thang lái.......................................29
3.2.1. Xác định các kích thước hình học của hình thang lái và
quan hệ động học của góc quay của bánh xe dẫn hướng.......29
3.2.2. Xác định mơmen cản quay vịng và lực lái lớn nhất......33


3.3. Tính tốn thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng cung răng....................................................................................37
3.3.1. Thông số hình học:........................................................37
3.3.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi..................................38
3.3.3 Thiết kế bộ truyền thanh răng–cung răng......................42
3.3.4. Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái...................46
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI...............................57
4.1. Đặc điểm của trợ lực lái.......................................................57
4.1.1. Các yêu cầu của trợ lực.................................................57
4.1.2. Chọn loại trợ lực.............................................................57
4.2. Lựa chọn phương án bố trí trợ lực lái...................................58
4.2.1. Một số phương án bố trí trợ lực hệ thống lái..................58
4.3.1. Tính tốn xylanh lực......................................................66
4.3.3. Tính sơ bộ hành trình làm việc của piston.....................69
4.3.4. Xác định lưu lượng của bơm dầu...................................69
4.3.5. Tính tốn các chi tiết của van phân phối.......................71
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI BẰNG PHẦN MỀM CARSIM
.........................................................................................................74
5.1. Cách khởi động carsim........................................................74
5.2. Tạo dự liệu mới...................................................................74
5.3. Nhập thông số xe mô phỏng................................................75

5.4. Nạp dữ liệu cho carsim chạy................................................77
5.5. Video cho mô phỏng............................................................78
5.6. Biểu đồ khảo sát hệ thống lái..............................................78
5.7. Biểu đồ khảo sát vẽ trên Autocad........................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................84


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1. Các trạng thái quay vịng của xe...........................................................................5
Hình 2. 2. Sơ đồ tổng qt hệ thống lái.................................................................................7
Hình 2. 3. Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái....................................................9
Hình 2. 4. Cơ cấu lái trục vít chốt quay...............................................................................11
Hình 2. 5. Cơ cấu lái trục vít con lăn...................................................................................13
Hình 2. 6. Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng..............................................................15
Hình 2. 7. Cơ cấu lái trục vít – cung rang...........................................................................16
Hình 2. 8. Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng.....................................17
Hình 2. 9. Góc nghiêng ngang của bánh xe.........................................................................18
Hình 2. 10. Góc nghiêng trụ đứng và chế độ lệch dọc........................................................19
Hình 2. 11. Góc nghiêng ngang trụ đứng............................................................................20
Hình 2. 12. Độ chụm...........................................................................................................21
Hình 2. 13. Lực cản lăn và vị trí đặt của nó........................................................................22
Hình 2. 14. Sự trượt bên khi quay vịng..............................................................................23
Hình 2. 15. Sơ đồ quay vịng...............................................................................................23
Hình 2. 16. Quan hệ hình học của ACKERMAN................................................................24
Hình 2. 17. Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền...................................................................25
Hình 2. 18. Cơ cấu địn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập.................................26
Hình 2. 19. Bố trí hai cầu trước dẫn hướng.........................................................................26
Hình 2. 20. Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian..................................................28
Hình 2. 21. Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vịng.......................................................28
Hình 3. 1. Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng...................................................31

Hình 3. 2. Sơ đồ động học quay vịng xe có hai bánh dẫn hướng phía trước......................31
Hình 3. 3. Đồ thị đặc tính hình học hình thang lái..............................................................34
Hình 3. 4. Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái và đặt bánh xe dẫn hướng.........................35
Hình 3. 5. Lực ngang Y do lốp xe có tính đàn hồi khi chịu mơmen quay vịng.................35
Hình 3. 6. Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái...........................................................38
Hình 3. 7. Hệ thống lái trục vít - êcu- bi-thanh răng, cung răng.........................................39
Hình 3. 8. Các thơng số của trục vít - êcu- bi......................................................................40
Hình 3. 9. Cơ cấu lái liên hợp..............................................................................................44


Hình 3. 10. Sơ đồ lực tác dụng lên địn kéo ngang hình thang lái.......................................52
Hình 3. 11. Biểu đồ mơmen uốn của địn bên.....................................................................54
Hình 3. 12. Sơ đồ kết cấu khớp cầu (Rotuyl)......................................................................56
Hình 4. 1. Bộ trợ lực lái bố trí cơ cấu lái van phân phối và xilanh lực thành một cụm......60
Hình 4. 2. Bộ trợ lực bố trí cơ cấu lái riêng xilanh lực và van phân phối thành một cụm.. 61
Hình 4. 3. Trợ lực bố trí van phân phối cơ cấu lái thành cụm tách biệt với xilanh lanh lực
..............................................................................................................................................62
Hình 4. 4. Bộ trợ lực bố trí van phân phối, cơ cấu lái, xilanh lực nằm riêng rẽ với nhau...63
Hình 4. 5. Khi xe thẳng......................................................................................................65
Hình 4. 6. Khi xe quay sang phải........................................................................................66
Hình 4. 7. Khi xe quay sang trái..........................................................................................66
Hình 4. 8. Xylanh lực..........................................................................................................69
Hình 4. 9. Thanh xoắn.........................................................................................................74
Hình 5. 1. Khởi động carsim và chọn dịng xe...................................................................73
Hình 5. 2. Thơng số dữ liệu xe santafe................................................................................74
Hình 5. 3. Nạp dữ liệu cho video mơ phỏng........................................................................76
Hình 5. 4. Chuyển động học cho 2 bánh xe.........................................................................77
Hình 5. 5. Đồ thị đặc tính động học hình thang lái.............................................................78
Hình 5. 6. Góc của vơ lăng..................................................................................................78
Hình 5. 7. Góc của bánh xe.................................................................................................79

Hình 5. 8. Trạm tại điệm xuất phát......................................................................................79
Hình 5. 9. Chiều dài tăng tốc của xe....................................................................................80
Hình 5. 10. Đồ thị đặc tính trợ lực.......................................................................................80
Hình 5. 11. Sơ đồ đặc tính động học hình thang lái lý thuyết và thực tế.............................81
Hình 5. 12. Van phân phối, cơ cấu lái, xi lanh lực đặt trong cùng 1 cụm............................81
Hình 5. 13. Van phân phối, xylanh lực đặt trong 1 cụm, cơ cấu lái đặt riêng 1 cụm..........82
Hình 5. 14. Cơ cấu lái, van phân phối đặt trong 1 cụm, xylanh lực đặt riêng.....................82
Hình 5. 15. Van phân phối, cơ cấu lái, xylanh lực đặt riêng................................................83


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1. Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết...................................................................31
Bảng 3. 2. Quan hệ giữa  và  theo lý thuyết...................................................................33


Đại Học Lạc Hồng

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây. Nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ
mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội,
đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ ô tô.
chúng ta đã tạo ra được những dòng xe cao cấp và hiện đại, di cùng với nó là sự tiện
nghi và an tồn rất được chú trọng nghiên cứu và phát triển nhằm tạo ra sự êm ái và
an toan khi điều khiển.
Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng nhất quyết định an tồn của
một chiếc xe. Chính vì vậy, nhóm chúng em đã đi tìm hiểu sự cấu tạo và nguyên tắc
hoạt động của hệ thống lái, tuy nhiên chúng em chỉ đi sâu nghiên cứu hệ thống lái
trợ lực trên dịng xe 7 chỗ Hyundai.

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ
khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ điều khiển tinh vi, các rô bốt
công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành cơng nghệ ơ tơ đang có những
bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, công nghệ khoa học,
vật liệu mới. Xe ngày nay được sử dụng ở tốc độ cao, tải trọng lớn cho nên vấn đề
về an toàn chuyển động đang được rất nhiều các nhà khoa học công nghệ của các
trung tâm khoa học tại các nước có ngành cơng nghệ ô tô hoàn chỉnh như Mỹ, Tây
Âu và Nhật bản đầu tư nghiên cứu.
Trong hệ thống của một chiếc xe, hai hệ thống quan trọng nhất đảm bảo an toàn
chuyển động là hệ thống lái và hệ thống phanh. Trong những năm gần đây có hàng
trăm những cơng trình cơng bố nhằm hồn thiện hệ thống lái, các cơng trính đa số
được tập trung tại các lĩnh vực là động học và động lực học của hệ thống lái bốn
bánh(4WS) nhằm tăng tính cơ động và hồn thiện của hệ thống lái. Tác giả Samkr
Moham USA vào tháng 6 năm 2000 đã cơng bố cơng trình về loại xe có hệ thống lái
ở cả 4 bánh. Nhiều nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu về hệ thống điều

1


Đại Học Lạc Hồng

khiển cho các loại xe có hệ thống lái 4 bánh. Các trung tâm khoa học lớn ở Mỹ, Tây
Âu, Nhật bản hiện cũng đang có nhiều nỗ lực nghiên cứu về các vấn đề liên quan
đến cải tiến của hệ thống lái.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có nhiều cơng trình nghiên
cứu về hệ thống lái được đưa vào ứng dụng hiệu quả, ngày càng được cải tiến và tối
ưu hóa q trình điều khiển của hệ thống. Trong các nghiên cứu trong những năm

gần đây cũng đã có một số cán bộ khoa học công nghệ đi sâu nghiên cứu các hệ
thống ô tô đặc biệt là hệ thống lái và hệ thống phanh. Việt nam chúng ta cũng đang
trong giai đoạn lắp ráp IKD và tiến hành chương trình nội địa hóa các cụm chi tiết
và phụ tùng. GS.TSKH Đỗ Sanh cũng lãnh đạo một nhóm nghiên cứu về động học,
động lực học trong đó có một phần nghiên cứu về động học quay vòng xe ở tốc độ
cao. PGS TS Nguyễn Khắc Trai trong luận án của mình cũng nghiên cứu sâu về lý
thuyết quay vòng. Thạc sỹ Nguyễn Thanh Quang với đề tài nghiên cứu động học,
Động lực học và độ bền của hệ thống lái trên xe MêKong Star. Thạc sỹ Vũ Cao
Điền với đề tài tính tốn ổn định lật cho xe tải nhỏ bằng đồ thị quỹ đạo pha của hệ
thống lái. Thạc sỹ Nguyễn Hồng Vũ với đề tài tính tốn động lực học quay vịng
cho bánh xe dẫn hướng...

1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu
Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu cơ bản về lý thuyết, tính tốn và thiết kế hệ
thống lái cho xe tải cụ thể là Huyndai satafe 7 chỗ. Nội dung của ln văn cịn có
thể làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu học tập cho các đối tượng là sinh viên, học
sinh chuyên ngành là cơ khí cơng nghệ ơ tơ.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở các nội dung sau:
- Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.
- Tính tốn hệ thống lái trên xe tải, xe tham khảo là Huyndai satafe 7 chỗ.
- Thiết kế hệ thống lái.
- Mô phỏng các thông số trên phần mềm Carsim.

2


Đại Học Lạc Hồng

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
2.1. Mô tả chung hệ thống lái

2.1.1. Công dụng
Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hướng chuyển động của xe bằng cách quay
các bánh xe dẫn hướng, cũng như duy trì hướng chuyển động thẳng hoặc cong của
xe khi cần thiết.
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vô lăng nhận
lực tác động từ người lái và truyền cho hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô
lăng đến cơ cấu lái. cơ cấu lái tăng mômen Men được truyền từ vô lăng đến các
thanh lái, các thanh lái truyền chuyển động của cơ cấu lái đến các bánh bị dẫn. Cơ
cấu lái phụ thuộc vào kết cấu chung của xe và từng loại xe.
Để quay đầu xe, người lái xe phải tác động lực vào vơ lăng. Đồng thời cần có
phản lực sinh ra từ mặt đường lên bề mặt vuông góc với bánh xe. Để quay đúng
cách, các bánh dẫn hướng phải quay ngay lập tức quanh tâm quay khi quay.
2.1.2. Các trạng thái quay vòng của xe
Chuyển động và chuyển hướng của xe trên đường là một quá trình phức tạp. Khi xe
đang di chuyển trên đường vòng với tốc độ thấp, ở mỗi vị trí sẽ có một góc quay
nhất định của vơ lăng v1 Ơ tơ sẽ quay đầu lại với bán kính quay vịng tương ứng
R0. Đây có thể coi là trạng thái quay tĩnh (quay đủ).
Trong thực tế, xe thường di chuyển với tốc độ cao nên q trình quay vịng là
động, ít khi xảy ra trạng thái quay đầu mà thường xảy ra trạng thái lăn bánh trên cơ
sở thay đổi tốc độ di chuyển, độ đàn hồi của lốp và hệ thống treo.
Trong một khúc cua ngắn, để xe uốn cong theo bán kính R0, người lái xe phải tăng
góc đánh lái một giá trị.v1. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vịng xe theo bán
kính R0 người lái phải giảm góc quay vành lái một lượng v1.
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những điều kiện vào cua nguy hiểm, làm
mất ổn định khả năng kiểm soát và ổn định của xe vì chúng làm tăng lực ly tâm (tốc
độ quay của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi vòng / phút tăng lên). Ở những trạng
thái này, người lái xe phải có kinh nghiệm lái xe tốt. Vấn đề về tải trọng, độ đàn hồi

4

Đại Học Lạc Hồng

của lốp cũng ảnh hưởng đến hiệu suất vào cua và độ an toàn khi di chuyển ca xe,

Ro
Trạ ng thái quay vòng
thừa: Rqv
O1

O
O1

Hỡnh 2. 1. Cỏc trạng thái quay vòng của xe

2.1.3. Phân loại hệ thống lái
Có một số cách phân loại hệ thống lái của ô tô:
- Cách 1: Phân loại theo phương pháp lái
+ Dẫn động hai cầu trên cầu trước (2WS).
+ Dẫn động bốn bánh (4WS).
- Cách 2: Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền động
+ Hệ thống lái cơ khí;
+ Cơ cấu lái trợ lực bằng khí nén hoặc chân khơng;
+ Cơ khí lái có trợ lực thủy lực;
+ Tay lái trợ lực điện.
- Cách 3: Phân loại theo cấu tạo của cơ cấu lái
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít glơbơit – con lăn;
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít – ê cubi – thanh răng- cung răng;
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng;

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít- cung răng.
Ngồi ra cịn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng- cung răng…
- Cách 4: Phân loại theo cách bố trí vành lỏi
5

O

Rqv

Trạ ng thái quay vòng
thiêu: Rqv>Ro

R qv

Ro

c bit l i với những xe chạy tốc độ cao.


Đại Học Lạc Hồng

+ Bố trí vành lái bên trái ( theo luật đi đường bên phải);
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
2.1.4. Những yêu cầu của hệ thống lái ô tô
Một trong những hệ thống quyết định sự an toàn và ổn định chuyển động của ơ tơ
là hệ thống lái. Theo đó, hệ thống lái phải đáp ứng các yêu cầu sau:
• Đảm bảo hiệu suất cao của ơ tơ có nghĩa là xe quay vòng nhanh và chặt chẽ trong
thời gian rất ngắn trên một bề mặt rất nhỏ;
• Lực tác dụng lên vô lăng nhẹ, vô lăng đặt ở vị trí thuận lợi cho người lái;
• Đảm bảo rằng chuyển động lái chính xác để các bánh xe khơng bị trượt khi quay;

• Hệ thống lái có trợ lực phải linh hoạt để đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ giữa hoạt
động của hệ thống lái và chuyển động quay của vơ lăng;
• Tránh chơi giữa bánh lái và vơ lăng;
• Cơ cấu lái phải được bố trí trong bộ phận được treo sao cho kết cấu của hệ thống
treo trước khơng ảnh hưởng đến động học lái;
• Giữ chuyển động thẳng ổn định;
• Hệ thống lái phải được bố trí thuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa.

2.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái
7

9

8

A

B
6

3
5
4

2
1

Hình 2. 2. Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.

1. Vành lái

2. Trục lái
5. Đòn kéo dọc

6

4. Đòn quay đứng
5. Đòn kéo dọc
6. Hình thang lái

7. Địn quay ngang
8. Trụ xoay đứng
9. Bánh xe


Đại Học Lạc Hồng

2.2.1. Vành lái
Vành lái có dạng vành trịn. Lực của người lái lên vơ lăng tạo ra mô men xoắn để hệ
thống lái hoạt động. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên
vành tay lái với bán kính của vành lái.
Mv1=P1.rv1
Trong đó:
Mv1: mơ men vành lái
P1: lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rv1: bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ơ tơ nào cũng có độ rơ nhất định, với xe con không vượt
quá 80.
2.2.2. Trục lái
Trục lái có nhiệm vụ truyền mơmen lái đến cơ cấu lái. Trục lái gồm trục lái chính
truyền chuyển động quay của vô lăng cho cơ cấu lái và trục lái để gắn trục lái vào

thân xe. Trục lái kết hợp giảm sóc. Cơ chế này hấp thụ lực dọc trục tác động lên
người lái xe khi va chạm mạnh hoặc khi xảy ra tai nạn.
Trục lái thường có hai loại: trục lái có thể thay đổi góc nghiêng và trục lái khơng
thể thay đổi góc nghiêng.
Ngồi cơ cấu hấp thụ chấn động trên trục lái chính, cịn có thể có thêm một số cơ
cấu hoạt động như: cơ cấu khóa lái để khóa trục lái, cơ cấu lái nghiêng để điều
chỉnh vị trí của tay lái tùy theo hướng của trụ lái Vị trí thẳng đứng phù hợp với
người lái, hệ thống trượt của trục lái để điều chỉnh vị trí của trục lái theo phương
thẳng đứng theo người lái, trục lái để có thể điều chỉnh độ dài của trục lái. và có
được vị trí lái xe tốt nhất cho người lái.
2.2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là một bộ giảm tốc cung cấp sự gia tăng mô-men xoắn của động cơ từ
người lái đến vô lăng. Tỷ số truyền hộp số lái thường là 18 đến 20 đối với ô tô con
và 21 đến 25 đối với ô tô tải.
Các yêu cầu đối với cơ cấu lái
Bộ lái phải đáp ứng các yêu cầu sau:
7


Đại Học Lạc Hồng

• Có thể quay theo cả hai hướng để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe;
• Hiệu quả cao khi đánh lái nhẹ, trong đó hiệu quả về phía trước lớn hơn so với khi
lùi, do đó các tác động mặt đường phần lớn được giữ lại trong q trình lái;
• Đảm bảo thay đổi tỷ số truyền nếu cần;
• Điều chỉnh đơn giản khi chơi tương tác với bánh lái;
• Độ trượt của cơ cấu lái là tối thiểu;
• Đảm bảo cấu trúc đơn giản nhất, giá thấp nhất và tuổi thọ lâu dài;
• Chiếm ít không gian và dễ lắp ráp.
Tính đàn hồi của hệ thống lái ảnh hưởng đến việc truyền các chấn động từ mặt

đường đến vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì tác động truyền đến vơ lăng càng ít,
nhưng nếu độ đàn hồi quá lớn sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe.
Tính đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số giữa chuyển động quay đàn
hồi tính tốn trên vơ lăng và mơmen quay trên vơ lăng. Tính đàn hồi của hệ thống
lái phụ thuộc vào tính đàn hồi của các yếu tố như cơ cấu lái, các đòn bẩy điều khiển.
- Tỷ số truyền của cơ cấu lái
Tỷ số truyền của cơ cấu lái i c là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của
địn quay đứng.
: góc quay của vơ lăng
:góc quay của trục địn quay đứng
Tỷ số truyền của cơ cấu lái cung cấp mômen xoắn tăng từ vô lăng đến các bánh
dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn giúp giảm lực đánh lái nhưng người lái phải bẻ lái
nhiều hơn khi rẽ.

8


Đại Học Lạc Hồng

Hình 2. 3. Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái

Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở 1-2 vịng quay của vơ lăng, vơ
lăng nên quay tối đa 35 độ đến 45 độ từ vị trí trung gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ
số truyền phù hợp nhất được thể hiện trong sơ đồ hình 3.
Trong khoảng góc quay θ ≤ π⁄2, tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị lớn nhất để
đảm bảo độ chính xác lớn khi điều khiển xe trên đường thẳng đường ở tốc độ cao và
giúp đánh lái êm ái vì hầu hết thời gian lái xe liên quan đến việc xoay vơ lăng ở một
góc nhỏ xung quanh vị trí giữa. Ngồi việc đánh lái nhẹ, cơ cấu lái biến thiên theo
tỷ lệ như vậy làm giảm ảnh hưởng của các cú sốc từ bánh xe dẫn hướng lên vô lăng.
Khi θ≥π⁄2, ic giảm rất nhanh, ở hai cạnh của đồ thị, ic thay đổi rất ít. Lúc này, khi

bạn bẻ lái ở góc nhỏ thì bánh dẫn hướng sẽ quay theo góc lớn giúp khả năng chuyển
hướng của xe tốt hơn.
 Tỷ số truyền dẫn động lái (id);
Tỷ số truyền phụ thuộc vào kích thước và mối quan hệ của các địn bẩy. Trong
q trình quay của bánh xe dẫn hướng, giá trị của các đòn bẩy sẽ thay đổi. Trong
kết cấu hiện tại, id không thay đổi nhiều: id = 0,9 ÷ 1,2.
 Tỷ số truyền lực hệ thống lái (il);
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực tác dụng lên
bánh lái cần thiết để thắng lực cản quay.

9


Đại Học Lạc Hồng

;;
Trong đó:
pc: lực cản quay tác dụng lên bánh xe dẫn hướng;
pl: lực tác dụng vào vô lăng;
Mc: momen cản quay bánh xe;
c: khoảng cách từ tâm của lốp xe đến trục đứng thắng kéo dài;
Ml: momen lái đặt lên vành lái;
r: bán kính vành tay lái.
Ta có:
Bán kính vành tay lái ở đa số ơ tơ hiện nay là 200/250 (mm) và tỷ số truyền góc i g
khơng vượt q 25 vì vậy il khơng được lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng
10/30.
- Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch
Hiệu suất thuận là hiệu suất của lực truyền từ trục truyền động xuống đáy. Hiệu suất
về phía trước càng cao, tay lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái, yêu cầu hiệu suất

thuận cao.
Hiệu suất nghịch là hiệu suất của lực truyền từ đòn dọc đến trục động cơ. Nếu
hiệu suất lùi rất thấp, các lực tác động lên hệ thống chuyển động của xe sẽ khơng
được truyền đến vơ lăng vì chúng bị hủy bỏ do ma sát trong cơ cấu lái. Nhưng
không thể vì thế mà giảm quá hiệu quả của việc lùi xe, vì khi đó tay lái sẽ khơng thể
trở về vị trí ban đầu và ở một mức độ nào đó sẽ hạn chế tác động của mặt đường lên
hệ thống lái. được thiết kế với một số hiệu quả nghịch đảo.
- Loại cơ cấu lái thường dùng
1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái gồm 2 loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và 1 chốt quay;
+ Cơ cấu lái trục vít và 2 chốt quay.

10


Đại Học Lạc Hồng

Hình 2. 4. Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Ưu điểm:
 Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu
cho trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có
thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm
khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái
và giảm độ mịn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
Nếu bước của trục vít khơng đổi thì tỷ số truyền được xác định theo cơng thức:

ic 

2. .r2
.Cos
t

Trong đó:
: Góc quay của địn quay đứng;
r2: Bán kính địn quay.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái
này được dùng trước hết ở hệ thống lái khơng có cường hố nó được dùng chủ yếu
cho ôtô tải và ôtô khách.
Loại cơ cấu lái trục vít địn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng vì
áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mịn nhanh, bản thân chốt có độ chịu
mài mòn kém.
Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứng
theo chiều trục, ngồi ra cịn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.

11


Đại Học Lạc Hồng

2. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít glơbơit 1
ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay
đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tùy
theo lực truyền qua cơ cấu lái.

Hình 2. 5. Cơ cấu lái trục vít con lăn

Ưu điểm:

 Nhờ trục vít có dạng glơ-bơ-it cho nên tuy chiều dài trục vít khơng lớn
nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn,
nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn. Tải trọng tác
dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ơtơ mà làm con lăn có
hai đến bốn vịng ren;
 Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn;
 Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường trục của
con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7(mm), điều
này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong
quá trình sử dụng.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theo
cơng thức:
12


Đại Học Lạc Hồng

ic 

2. .r2
t.z1

Trong đó:
r2: Bán kính vịng trịn ban đầu của hình glơ-bơ-it của trục vít;
t: Bước của trục vít;
z1: Số đường ren của truc vít.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5  7%
nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít con lăn là
khơng thay đổi. Hiệu suất thuận th = 0,65, hiệu suất nghịch ng = 0,5.
3. Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính
ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi. Điều chỉnh các ổ này
dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay
nhẹ nhàng.
Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở
phía giữa, phần thanh cịn lại có tiết diện trịn. Khi vơ lăng quay, bánh răng quay
làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt. Sự
dịch chuyển của thanh răng được truyền tới địn bên qua các đầu thanh răng, sau đó
làm quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng.
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục
răng
đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn khớp của
bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.
Ưu điểm:
 Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác
dụng
như thanh dẫn động lái nên khơng cần các địn kéo ngang như các cơ cấu lái
khác;
 Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp;

13


Đại Học Lạc Hồng

 Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mơ men rất tốt nên tay lái nhẹ.

Hình 2. 6. Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

4. Cơ cấu lái trục vít cung răng

Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là
hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài
của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn
của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn
quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.
Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03 mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6 mm ở vị trí
hai bên rìa. Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2.
Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1 từ
nắp trên của vỏ.
Ưu điểm:
 Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích
thước so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên tồn bộ chiều dài của
cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn.
Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định theo cơng thức:

ic 
Trong đó:
14

2. .r0
t


Đại Học Lạc Hồng

r0: Bán kính vịng trịn cơ sở của cung răng;

t: Bước trục vít.

Hình 2. 7. Cơ cấu lái trục vít – cung rang

Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị khơng đổi. Hiệu suất thuận khoảng
0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4. Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại
ơtơ khác nhau.
5. Cơ cấu lái trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít êcu có rãnh trịn
có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường hồi
bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làm
quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi bánh răng
rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh xe
dẫn hướng.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị không đổi và được xác định theo công
thức:

ic 
Trong đó:
r0: Bán kính ban đầu của cung răng;

15

2. .r0
t


Đại Học Lạc Hồng

t: Bước của trục vít.
Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85. Do hiệu suất

nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặng nhọc,
nhưng nó có khả năng làm cho ơtơ chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì một ngun
nhân nào đó làm bánh xe phải quay vịng.

Hình 2. 8. Cơ cấu lái kiểu trục vít ecubi – thanh răng – cung răng

1. Vỏ cơ cấu lái
2. Ổ bi dưới
3. Trục vít
4. Êcu bi
5. Ổ bi trên

6. Phớt
7. Đai ốc điều chỉnh
8. Đai ốc hãm
9. Bánh răng rẻ quạt
10. Bi

Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có đặc điểm nổi bật là có
khả năng làm việc dự trữ rất lớn, vì vậy nó được dùng chủ yếu trên các loại ôtô cỡ
lớn.
Cơ cấu lái kiểu trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ,
ma sát giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).
2.2.4. Góc đặt bánh xe
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở
trạng thái chạy thẳng hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các
bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định. Những góc này được gọi chung
là góc đặt bánh xe.

16

Đại Học Lạc Hồng

Nếu các góc đặt bánh xe khơng đúng thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:
 Khó lái;
 Tính ổn định lái kém;
 Trả lái trên đường vịng kém;
 Tuổi thọ lốp giảm (mịn nhanh).
- Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm
của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber và đo bằng độ. Khi bánh xe
dẫn hướng nghiêng ra ngồi thì gọi là góc “Camber dương” và ngược lại gọi là góc
“Camber âm”. Bánh xe khơng nghiêng thì Camber bằng khơng (bánh xe thẳng
đứng).
+ Chức năng của góc Camber:
 Những năm về trước bánh xe được đặt với góc Camber dương để cải thiện độ
bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng
lượng của xe) nhằm ngăn ngừa sự mịn khơng đều của lốp trên đường, do có
phần giữa cao hơn hai bên;
 Góc camber cịn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập của mép
lốp với mặt đường. Khi góc Camber bằng khơng hoặc gần bằng khơng có ưu
điểm là khi đi trên đường vịng bánh xe nằm trong vùng có khả năng truyền
lực dọc và lực bên tốt nhất;

Hình 2. 9. Góc nghiêng ngang của bánh xe

 Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại
dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các
chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn

17