Tải bản đầy đủ (.docx) (105 trang)

Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (37)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.24 MB, 105 trang )

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

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI
HYUNDAI HD65

Mai Trung Phong

Đồng Nai, 06/2022


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

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE TẢI
HYUNDAI HD65
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện – Điện Tử
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
ThS Nguyễn Hoàng Luân

Đồng Nai, 06/2022




LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kính tế đang phát triển mạnh mẽ của nước ta, nhu cầu về giao thông
vận tải ngày càng lớn. Vai trò quan trọng của ô tô ngày càng được khẳng định vị thế
của mình bởi ơ tô có khả năng cơ động cao, vận chuyển được người và hàng hóa
trên nhiều loại địa hình di chuyển khác nhau.
Những năm gần đây, lượng ô tô tải có xu hướng tăng lên, đặc biệt là những loại ô
tô tải với hệ thống lái có ưu điểm về khả năng cơ động cao, tính kinh tế và phù hợp
với nhiều mục đích sử dụng khác nhau của khách hàng.
Với xe ô tô nói chung và xe ô tô tải nói riêng, an tồn của chuyển đợng là mục tiêu
hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện. Một
trong các hệ thống quyết định đến sự an tồn và ởn định của chuyển động là hệ
thống lái. Với đồ án tốt nghiệp này, em đã cơ bản hoàn thành được việc thiết kế hệ
thống lái cho xe ô tô tải.
Sau nhiều ngày dưới sự chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Hồng Ln
và sự tìm hiểu của em, em đã cơ bản hồn thành đờ án tốt nghiệp. Trong q trình
thực hiện luận văn, chắc chắn không thể tránh khỏi một số thiếu sót. Do đó em rất
mong được sự chỉ bảo của các thầy cô trong khoa để đồ án của em được hồn thiện
đầy đủ hơn.

Đờng nai, ngày 12 tháng 06 năm 2022
Sinh viên thực hiện

Mai Trung Phong


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu là của tôi, các số liệu, kết quả nêu ra
trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác.

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã được
xin phép, tất cả các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn góc.

Sinh viên thực hiện

Mai Trung Phong


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................1
1.2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU..................................................2
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới...........................................................2
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.............................................................2
1.3. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU...................................................3
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LÁI.................................................4
2.1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU.................................................4
2.1.1. Công dụng................................................................................................4
2.1.2. Những trạng thái quay vòng của xe..........................................................4
2.1.3. Phân loại các hệ thống lái.........................................................................5
2.1.4. Những yêu cầu của hệ thống lái trên xe....................................................6
2.2. CÁC BỘ PHẬN TẠO THÀNH HỆ THỐNG LÁI..........................................6
2.2.1. Vành lái....................................................................................................7
2.2.2. Trục lái.....................................................................................................7
2.2.3. Cơ cấu lái.................................................................................................8
2.2.4. Góc đặt bánh xe......................................................................................17
2.2.5. Dẫn động lái...........................................................................................23
2.2.6. Hệ thống lái có trợ lực............................................................................26
CHƯƠNG 3. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.......................................................29

3.1. PHÂN TÍCH CHỌN HƯỚNG THIẾT KẾ CƠ CẤU LÁI............................29
3.1.1. Bánh răng và Thanh răng.......................................................................29
3.1.2. Trục vít - ê cubi - thanh răng và cung răng.............................................29
3.2. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN HƯỚNG THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG LÁI...............30
3.2.1. Dẫn động lái với hình thang lái có 4 khâu..............................................30
3.2.2. Dẫn đợng lái với hình thang lái có 6 khâu..............................................30
3.3. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN HƯỚNG TRỢ LỰC LÁI......................................31


3.3.1. Trợ lực lái điện.......................................................................................31
3.3.2. Trợ lực lái khí nén..................................................................................31
3.3.3. Trợ lực lái thủy lực.................................................................................31
CHƯƠNG 4. TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI XE TẢI HYUNDAI HD65................32
4.1. TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC...........................................................................32
4.1.1. Tính tốn đợng học hình thang lái của hệ thống.....................................32
4.1.2. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái trên lý thuyết..................35
4.1.3. Xây dựng đường cong đặc tính hình thang lái thực tế............................36
4.1.4. Xác định mô men cản xoay vòng tại chỗ...............................................39
4.1.5. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành của tay lái................................43
4.1.6. Xác định góc quay vành lái và bán kinh quay vòng của xe....................44
4.2. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CÁC CƠ CẤU LÁI TRỤC VÍT - Ê CUBI THANH RĂNG VÀ CUNG RĂNG....................................................................45
4.2.1. Thơng số hình học..................................................................................45
4.2.2. Thiết kế bộ truyền trục vít và ê cubi.......................................................45
4.2.3. Thiết kế bợ trùn thanh răng và cung răng...........................................50
4.3. TÍNH BỀN BỈ CỦA HỆ THỐNG LÁI.........................................................54
4.3.1. Tinh bền của trục lái...............................................................................54
4.3.2. Tính bền của đòn quay đứng..................................................................56
4.3.3. Tính bền bỉ của đòn kéo dọc...................................................................58
4.3.4. Tính bền của đòn kéo ngang...................................................................59
4.3.5. Tính bền của đòn bên.............................................................................62

4.3.6. Tính bền của khớp cầu (Rô tuyn)...........................................................63
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI.............................................66
5.1. NHỮNG YÊU CẦU CỦA TRỢ LỰC LÁI...................................................66
5.2. CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRỢ LỰC LÁI...........................................66
5.2.1. Một vài phương án bố trí trợ lực lái........................................................66
5.2.2. Lựa chọn van phân phối.........................................................................71
5.2.3. Nguyên lý hoạt đợng của van phân phối kiểu van xoay.........................71
5.3. TÍNH TỐN TRỢ LỰC LÁI........................................................................73


5.3.1. Lực lái lớn nhất đặc trên vành tay lái.....................................................73
5.3.2. Xây dựng đặc tính trợ lực lái.................................................................73
5.3.3. Xác định lực và tính toán........................................................................76
5.3.4. Tính toán xilanh lực................................................................................76
5.3.5. Tính chọn bơm của trợ lực.....................................................................79
5.3.6. Tính toán các chi tiết của van phân phối.................................................80
CHƯƠNG 6. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI............................................................83
6.1. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI TRÊN CARSIM.........................................83
6.1.1. Cách khởi động carsim...........................................................................83
6.1.2. Tạo dữ liệu.............................................................................................83
6.1.3. Nhập thống số........................................................................................84
6.1.4. Biểu đồ khảo sát hệ thống lái..................................................................86
6.2. BẢN VẼ CỦA XE TRÊN AUTOCAD.........................................................90
KẾT LUẬN................................................................................................................ 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC
Hình 2. 1: Các trạng thái quay vòng của xe..........................................................................5
Hình 2. 2: Sơ đờ tởng 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 răng...........................................................................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 đợ lệch dọc........................................................19
Hình 2. 11: Góc nghiêng ngang trụ đứng............................................................................20
Hình 2. 12: Đợ chụm...........................................................................................................21
Hình 2. 13: Lực cản lăn và vị trí đặt của nó........................................................................22
Hình 2. 14: Sự trượt bên khi quay vòng..............................................................................23
Hình 2. 15: Sơ đờ quay vòng...............................................................................................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 đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo đợc lập.................................26
Hình 2. 19: Bố trí hai cầu trước dẫn hướng.........................................................................26
Hình 2. 20: Sơ đờ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian..................................................28
Hình 2. 21: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.......................................................28
YHình 3. 1: Hình thang lái 4

khâu.........................................................................................30
Hình 3. 2: Hình thang lái 6 khâu.........................................................................................30
YHình 4. 1: Sơ đờ đợng học hình thang lái khi xe đi

thẳng...................................................33
Hình 4. 2: Sơ đồ động học quay vòng của ô tô có hai bánh dẫn hướng phía trước............34
Hình 4. 3: Sơ đờ lực tác dụng lên hệ thống lái....................................................................39
Hình 4. 4: Sơ đờ đặt bánh xe dẫn hướng.............................................................................40
Hình 4. 5: Sơ đờ lực ngang tác dụng lên bánh xe khi xe quay vòng...................................42



Hình 4. 6: Sơ đờ xác định tỷ số trùn dẫn đợng lái...........................................................43
Hình 4. 7: Bán kính quay vòng ơ tơ....................................................................................44
Hình 4. 8: Cơ cấu lái trục vít – ê cubi – thanh răng – cung răng........................................46
Hình 4. 9: Các thông số của trục vít – ê cubi – thanh răng – cung răng.............................47
Hình 4. 10: Cơ cấu lái liên hợp...........................................................................................50
Hình 4. 11: Mặt cắt trục lái..................................................................................................54
Hình 4. 12: Sơ đờ biểu diễn các kích thước của đòn quay đứng.........................................56
Hình 4. 13: Sơ đồ lực tác dụng lên đòn ngang hình thang lái.............................................60
Hình 4. 14: Biểu đờ mơ men uốn của đòn bên....................................................................62
Hình 4. 15: Sơ đờ kết cấu khớp cầu (Rơ tuyn)....................................................................64
YHình 5. 1: Bợ cường hóa lái bố trí cơ cấu lái van phân phối và xilanh lực thành mợt

cụm67
Hình 5. 2: Bợ cường hóa bố trí cơ cấu lái riêng xilanh lực và van phân phối thành mợt cụm
riêng......................................................................................................................................68
Hình 5. 3: Bợ cường hóa bố trí van phân phối cơ cấu lái và xilanh lực đặt riêng rẽ...........69
Hình 5. 4: Bợ cường hóa bố trí van phân phối và cơ cấu lái đặt thành một cụm, xilanh lực
nằm ở trên hình thang lái......................................................................................................70
Hình 5. 5: Khi xe đi thẳng...................................................................................................72
Hình 5. 6: Khi xe quay sang phải........................................................................................72
Hình 5. 7: Khi xe quay sang trái..........................................................................................73
Hình 5. 8: Sơ đờ hành trình dịch ngang của thanh kéo khi xe quay vòng lớn nhất............78
Hình 5. 9: Thanh xoắn.........................................................................................................82
YHình 6. 1: Khởi đợng

carsim...............................................................................................83
Hình 6. 2: Lựa chọn dòng xe...............................................................................................84
Hình 6. 3: Nhập các thơng số mơ phỏng hệ thống lái của xe..............................................84

Hình 6. 4: Chuyển đợng học của hai bánh xe......................................................................86
Hình 6. 5: Góc của bánh xe.................................................................................................87
Hình 6. 6: Góc của vơ lăng..................................................................................................87
Hình 6. 7: Trạm tại điểm xuất phát của xe..........................................................................88
Hình 6. 8: Gia tốc thẳng đứng.............................................................................................88
Hình 6. 9: Đợ trượt của lốp xe.............................................................................................89


Hình 6. 10: Chiều dài tăng tốc của xe.................................................................................89
Hình 6. 11: Thiết kế của xe.................................................................................................90
Hình 6. 12: Sơ đờ đợng học quay vòng của ô tô có hai bánh dẫn hướng phía trước..........90
Hình 6. 13: Khớp cầu (Rơ tuyn)..........................................................................................89
Hình 6. 14: Trục vít.............................................................................................................89
Hình 6. 15: Đòn quay đứng.................................................................................................90
Hình 6. 16: Thanh xoắn.......................................................................................................90


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4. 1: Quan hệ giữa β và α theo lý thuyết....................................................................36
Bảng 4. 2: Bảng giá trị quan hệ giữa β và α phụ thuộc vào góc .........................................37


Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Với những chính sách ưu tiên phát triển cho ngành công nghiệp ô tô ở nước ta,
bước đầu nội địa hóa các chi tiết, các cụm chi tiết và các hệ thống có trên ô tô. Để
nội địa hóa một phần hoặc hồn tồn ơ tơ trong tương lai ta cần phải có những đầu
tư và nghiên cứu thật nghiêm túc. Thực tế thì hiện nay mợt số chi tiết trên ô tô đã

được nội địa hóa nhưng phần nhiều các chi tiết này không quan trong và thường làm
theo mẫu đặt hành. Để có thể nội địa hóa các chi tiết hay các hệ thống đòi hỏi phải
có các nghiên cứu về lý thuyết cũng như ứng dụng trên thực tế.
Hệ thống lái là cơ cấu an toàn của xe, dùng để điều khiển hướng chuyển động của
ô tô theo ý muốn của tài xế như rẻ trái rẻ phải hay đi thẳng. Nó là một trong cụm
tổng thành chính đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc điều khiển ô tô trên
đường.
Chất lượng của hệ thống lái được tính tốn thơng qua tính tốn về đợng học quay
vòng, góc đặt của bánh xe dẫn hướng, lực đặt vào vòng tay lái, đồng thời đảm bảo
tính ổn định chuyển động của xe khi điều khiển. Đây là vấn đề luôn được quan tâm
và nghiên cứu của các nhà khoa học, các chuyên gia kỹ thuật trên thế giới. Ngành
công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng tăng nhanh, mật độ lưu
thông ngày càng lớn. Các xe ngày càng được thiết kế với công suất cao hơn, tốc đợ
chuyển đợng nhanh hơn thì u cầu đặt ra với hệ thống lái ngày càng cao và nghiêm
ngặc hơn. Một ô tô có hệ thống lái tốt, có đợ tin cậy cao thì mới có thể phát huy hết
công suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc đợ cao, tính năng kinh tế nhiên liệu, tính
an tồn và hiệu quả chuyển động của ô tô.
Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của hệ thống lái
trên xe tải, việc nghiên cứu và nắm vững hệ thống này là cần thiết. Nội dung về hệ
thống lái trên xe tải đang được rất nhiều nơi áp dụng vào quá trình giảng dạy nhưng
nhìn chung hiệu quả chưa cao và có rất nhiều khó khăn chung như: tài liệu tham
khảo về hệ thống còn ít, thiếu tính hệ thống, không đầy đủ. Vì vậy nợi dung chùn
đạt cho sinh viên về hệ thống này vẫn còn khó khăn. Với mong muốn góp phần

1


Chương 1: Tổng quan

nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập và nghiên cứu về hệ thống này, đề tài sẽ

được thực hiện với nhiệm vụ chính là tính toán và thiết kế hệ thống lái trên xe tải.

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 mạnh mẽ 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 công nghệ ô tô đang có
những bước phát triển 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 tồn chuyển đợng đang được rất nhiều các nhà khoa học công
nghệ của các trung tâm khoa học tại các nước có ngành cơng nghệ ơ tơ hồn 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 tồn
chuyển đợng 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 công 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 đợng và hồn thiện của hệ thống lái. Tác giả Samkr
Moham USA vào tháng 6 năm 2000 đã công 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
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 và học kỹ thuật, trên thế giới đã có nhiều công trình
nghiên cứu về hệ thống lái đã được đưa vào ứng dụng rất hiệu quả, ngày càng được
cải tiến, phát triển và tối ưu hóa quá trình điều khiển của hệ thống. Trong những
nghiên cứu trong những năm trở lại 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
nợi địa hóa các cụm chi tiết và phụ tùng. GS.TSKH Đỗ Sanh cũng lãnh đạo một

2


Chương 1: Tổng quan

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 toán 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 đợng lực học quay vòng 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 toán và thiết kế
hệ thống lái cho xe tải cụ thể là Hyundai HD65. Nội dung của luân văn còn có thể
làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu học tập cho các đối tượng là sinh viên, học
sinh chuyên ngành là công nghệ ô tô.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở các nội dung sau:
- Phân tích lựa chọn phương án thiết kế.
- Tính toán hệ thống lái trên xe tải, xe tham khảo là Hyundai HD65.
- Thiết kế hệ thống cường hóa lái.
- Mô phỏng các thông số trên phần mềm Carsim.

1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phân tích lựa chọn các phương án thiết kế như cơ cấu lái, giẫn đợng lái, cường
hóa lái, Nghiên cứu tính tốn các thông số chi tiết của hệ thống lái trên xe tải, lựa
chọn phương án bố trí cường hóa lái và tính tốn các thơng số kỹ thuật.

3



Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LÁI
2.1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU
2.1.1. Công dụng
Hệ thống lái của xe là dùng để thay đổi hướng di chuyển của xe nhờ vào quay
vòng của các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ hướng chuyển động thẳng hay
chuyển động cong của xe khi cần.
Về việc điều khiển hướng di chuyển của xe được thực hiện như sau: vành lái tiếp
nhận lực tác dụng của tài xế và truyền vào trong hệ thống lái, trục lái sẽ truyền mô
men từ vô lăng đến cơ cấu lái, lúc này cơ cấu lái tăng mô men truyền từ vành lái
đến những thanh dẫn động lái, những thanh dẫn động lái sẽ truyền chuyển động từ
cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng. Kết cấu lái sẽ phụ thuộc vào cơ cấu chung của
xe và của từng dòng xe.
Để quay vòng được thì tài xế cần phải tác động vào vô lăng một lực. Đồng thời đó
cần phải có một phản lực được sản sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với
bánh xe. Để quay vòng chính xác thì các bánh xe dẫn hướng cần phải quay quanh
một tâm quay tức thời khi quay vòng.
2.1.2. Những trạng thái quay vòng của xe
Sự di chuyển và thay đổi hướng di chuyển của xe trên đường là quá trình khá
phức tạp. Khi xe di chuyển trên đường vòng với một tốc độ thấp thì tương ứng với
mỗi điểm góc quay của vành tay lái nhất định v1 xe sẽ quay vòng cùng với một bán
kính quay vòng R0 tương ứng. Đây có thể xem là trạng thái quay vòng tĩnh (quay
vòng đủ).
Trên thực tế xe thường di chuyển ở tốc đợ lớn, vì vậy q trình quay vòng thường
là đợng, trạng thái quay vòng đủ sẽ ít khi xảy ra mà thường gặp phải là trạng thái
quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra dựa trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ di
chuyển, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo trên xe.

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R 0 tài xế cần phải
tăng góc quay vành lái một lượng v1. Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng
xe theo bán kính R0 tài xế phải giảm góc quay vành lái một lượng v1.

4


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

Tạng thái quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng rất
nguy hiểm, làm mất đi tính ổn định và điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly
tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng cũng sẽ kéo theo lực ly tâm khi quay vòng
tăng). Ở những trạng thái này yêu cầu tài xế phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề
chất tải, độ đàn hồi của lốp xe cũng có ảnh hướng tới tính nng quay vong v tinh

Ro

Rqv

Ro

Trạ ng thái quay vòng
thiê u: Rqv>Ro

R qv

an toàn khi di chuyển của xe, đặc biệt l nhng xe co vn tc cao.

Trạ ng thái quay vßng
thõa: Rqv


O1

O
O1

O

Hình 2. 1: Các trạng thái quay vòng của xe

2.1.3. Phân loại các hệ thống lái
Có nhiều cách để có thể phân loại hệ thống lái trên xe:
- Cách 1: Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
+ Chuyển hướng cho hai bánh xe ở cầu trước (2WS):
+ Chuyển hướng cho tất cả các bánh xe (4WS):
- Cách 2: Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực
+ Hệ thống lái cơ khí:
+ Hệ thống lái cơ khí có hệ thống trợ lực bằng thủy lực:
+ Hệ thống lái trợ lực bằng khí nén hoặc là chân không:
+ Hệ thống lái có trợ lực điện:

5


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

- Cách 3: Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
+ Cơ cấu lái theo kiểu trục vít glôbôit - con lăn:
+ Cơ cấu lái theo kiểu trục vít - ê cubi - thanh răng và cung răng:
+ Cơ cấu lái theo kiểu bánh răng và thanh răng:

+ Cơ cấu lái theo kiểu trục vít và cung răng.
Ngồi ra thì còn có cơ cấu lái: trục vít - chốt quay, bánh răng- cung răng…
- Cách 4: Phân loại theo cách bố trí của vành lái
+ Bố trí vành lái phía bên trái (theo luật đi đường bên phải):
+ Bố trí vành lái phía bên phải (theo luật đi đường bên trái):
2.1.4. Những yêu cầu của hệ thống lái trên xe
Một trong những hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định khi di chuyển
của xe chính là hệ thống lái. Như vậy hệ thống lái cần phải đảm bảo các yêu cầu
như sau:
 Đảm bảo được tính năng vận hành cao của xe nghĩa là khả năng quay vòng
nhanh và ngặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé:
 Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở một vị trí tiện lợi đối với tài
xế:
 Đảm bảo động học quay vòng đúng để các bánh xe sẽ không bị trượt lết khi
đang quay vòng:
 Hệ thống trợ lực cần phải có tính tùy động đảm bảo phải phối hợp chặt chẽ
giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng:
 Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên trên vành lái:
 Cơ cấu lái phải được đặt tại phần được treo để các kết cấu hệ thống treo
trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái:
 Giữ được chuyển động thẳng ổ định:
 Hệ thống lái cần phải được bố trí thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa
xe.

2.2. CÁC BỘ PHẬN TẠO THÀNH HỆ THỐNG LÁI

6


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái


7

9

8

A

B
6

3
5
4

2
1

Hình 2. 2: Sơ đồ của hệ thống lái.

1. Vành lái

5. Đòn kéo dọc

2. Trục lái

6. Hình thang lái

3. Cơ cấu lái


7. Đòn quay ngang

4. Đòn quay đứng

8. Trụ xoay đứng

9. Bánh xe

2.2.1. Vành lái
Vành lái có hình dạng vành tròn. Lực của tài xế tác động lên vành lái tạo ra mô
men quay để hệ thống lái hoạt động. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực
tài xế trên vành tay lái với bán kính của vành lái.
Mv1=P1.rv1
Trong đó:
Mv1: Là mô men vành lái
P1: Là lực mà tài xế tạo ra trên vành lái
rv1: Là bán kính của vành lái.
Vành lái của bất kỳ dòng xe nào cũng có độ rơ nhất định, với xe con sẽ không vượt
quá 80.
2.2.2. Trục lái
Trục lái có nhiệm vụ là truyền mô men lái xuống các cơ cấu lái. Trục lái bao gồm
trục lái chính có thể truyền chuyển động quay của vô lăng xuống các cơ cấu lái và

7


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

ống trục lái để cố định trục lái vào trong thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu sẽ

hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác động lên tài xế khi có va đập
mạnh hoặc khi tai nạn xuất hiện.
Trục lái thường sẽ có hai loại: Đó là loại trục lái có thể thay đổi được góc
nghiêng và loại trục lái khơng thể thay đổi được góc nghiêng.
Ngồi cơ cấu hấp thụ va đập ra ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu
điều khiển như là: cơ cấu khóa lái để khóa cứng được trục lái, cơ cấu nghiêng trục
lái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với tài xế lái
xe, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng
đứng phù hợp với tài xế, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài
của trục lái và đạt được điểm ngồi lái tốt nhất cho tài xế.
2.2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc để đảm bảo tăng mô men tác động của tài xế đến các
bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường là bằng 18 đến 20 đối với xe
con và bằng từ 21 đến 25 đối với cá loại xe tải.
- Những yêu cầu của cơ cấu lái là
Cơ cấu lái phải đảm bảo được những yêu cầu dưới đây:
 Có thể quay được cả hai chiều để bảo đảm được chuyển động cần thiết của
xe:
 Có hiệu suất lớn để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất






nghịch để các va đập từ dưới mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái:
Đảm bảo thay đổi được trị số của tỷ số truyền khi cần thiết:
Đơn giản được việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái:
Độ rơ của cơ cấu lái là phải nhỏ nhất:
Đảm bảo được kết cấu đơn giản nhất, giá thấp nhất và tuổi thọ cao:

Chiếm không quá nhiều không gian và dễ dàng tháo và lắp.

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ dưới mặt
đường lên vô lăng. Đợ đàn hời càng lớn thì sự va đập truyền từ dưới lên vô lăng
càng ít, nhưng nếu mà độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng di chuyển của
xe. Độ đàn hồi của hệ thống lái được xác định bởi tỷ số góc quay đàn hồi tính trên

8


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái còn phụ
thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái và các đòn dẫn động.
- 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
đòn quay đứng.

: Là góc quay của vô lăng
: Là góc quay của trục đòn quay đứng
Tỷ số truyền của cơ cấu lái phải đảm bảo tăng mô men từ vành lái cho đến các
bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm được lực đánh lái nhưng tài xế phải
quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng.

Hình 2. 3: Quy luật thay đởi tỷ số trùn ic cơ cấu lái

Vấn đề lựa chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay
của vơ lăng thì bánh xe sẽ phải quay được ít nhất từ 350 đến 450 từ vị trí trung gian
trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện ở giản đờ hình
2.3.

Trong mợt phạm vi mà góc quay ≤ thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực
đại đảm bảo chuẩn xác cao trong khi lái xe trên đường thẳng với tốc độ lớn và giúp
lái nhẹ nhàng hơn vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ quanh vị trí

9


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

trung gian. Ngồi việc lái nhẹ ra thì cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo quy luật
như thế sẽ giảm được ảnh hưởng của những va đập từ bên dưới bánh dẫn hướng lên
vành lái.
Khi thì ic sẽ giảm rất nhanh, ở hai rìa của đờ thị thì i c hầu như không hề thay đổi.
Ở đoạn này khi quay vành lái ở mợt góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay một góc lớn
hơn giúp cho khả năng quay vòng của xe tốt hơn.
- Tỷ số truyền dẫn động lái id
Tỷ số truyền này sẽ phụ thuộc vào kích thước và mối quan hệ của các cánh tay
đòn. Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng thì giá trị của các cánh tay đòn
sẽ thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay thì id thay đởi khơng nhiều lắm: id = 0,9 ÷
1,2.
- Tỷ số truyền lực hệ thống lái il
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác động lên bánh xe dẫn hướng và lực đặt
lên vành lái cần có để khắc phục lực cản quay vòng.

;
Trong đó:
pc: Là lực cản quay vòng tác động lên bánh xe dẫn hướng
pl: Là lực đặt lên vành lái
Mc: Là mô men cản quay vòng của các bánh
c: Là cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp xe đến

đường trục đứng kéo dài
Ml: Là mô men lái đặt lên vành lái
r: Là bán kính vành tay lái
Như vậy chúng ta có:
Bán kính vành tay lái ở đa số xe hiện nay là 200 ÷ 250 (mm) và tỷ số truyền góc i g
khơng thể vượt q 25 vì vậy il khơng được quá lớn, il hiện nay có thể chọn trong
khoảng 10 ÷ 30.
- Hiệu suất thuận
10


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

Hiệu suất thuận chính là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu
suất thuận càng lớn thì lái sẽ càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái cần phải có yêu cầu
hiệu suất thuận cao.
- Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch chính là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trên
trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác đợng lên hệ thống chuyển
động của xe sẽ không thể truyền đến bánh lái được tại vì chúng bị triệt tiêu bởi ma
sát trong cơ cấu lái. Nhưng cũng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì
khi đó bánh lái sẽ không tự trả lái được về vị trí đã quay đến vị trí ban đầu và để hạn
chế các va đập từ dưới đường tác động lên hệ thống lái trong một phạm vi mà các
cơ cấu lái phải được thiết kế với hiệu suất nghịch nhất định.
- Một số loại cơ cấu lái thường hay dùng
1. Cơ cấu lái kiểu trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm có hai loại:
+ Cơ cấu lái trục vít và có một chốt quay
+ Cơ cấu lái trục vít và có hai chốt quay


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

Ưu điểm:
 Cơ cấu lái loại trục vít có chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu
cầu đã 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 thay đổi,
tăng hoặc là giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Để tăng hiệu
11


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

suất của cơ cấu lái và giảm đi độ mòn của trục vít, chốt quay thì chốt được
đặt trong ở bi.
Bước của trục vít khơng thay đởi thì tỷ số trùn được xác định như công thức:

ic 

2. .r2
.Cos
t

Trong đó:
: Là góc quay của đòn quay đứng:
r2: Là bán kính đòn quay:
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này là 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 xe tải và xe khách.
Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay đang ngày càng ít được sử
dụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít khá lớn, chốt hao mòn nhanh, bản thân

chốt có độ chịu mài mòn khá kém.
Để có thể điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay
đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.
2. Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này là được sử dụng nhiều nhất nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít
glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt ở 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
hay hai hoặc ba tùy theo lực truyền qua cơ cấu lái.

12


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

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

Ưu điểm:
 Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không 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 ôtô mà làm con lăn có
hai đến bốn vòng 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
công thức:
ic 


2. .r2
t.z1

Trong đó:
r2: Bán kính vòng tròn ban đầu của hình glơ-bơ-it của trục vít
t: Bước của trục vít
13


Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống lái

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
không 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 còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, bánh răng quay
làm thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt. Sự
chuyển dịch của thanh răng được truyền đến đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó
thì 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 không cần các đòn kéo ngang như các cơ
cấu lái khác.
 Có đợ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp.
 Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.

14


×