Thuyết minh đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ ô tô đề tài KHAI THÁC kỹ THUẬT hệ THỐNG lái XE TOYOTA FORTUNER 2009

Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 2
CHƯƠNG 1.................................................................................................................. 3
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI............................................................................3
1.1. Công dụng,yêu cầu,phân loại..............................................................................3
1.1.1. Công dụng..................................................................................................3
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái.............................................................................3
1.1.3. Phân loại.....................................................................................................4
1.2. Kết cấu hệ thống lái............................................................................................5
1.2.1. Vơ lăng.......................................................................................................6
1.2.2. Trục lái........................................................................................................6
1.2.3. Cơ cấu lái....................................................................................................6
1.3. Hình học lái.......................................................................................................15
1.3.1. Góc dỗng.................................................................................................15
1.3.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng..........................................................17
1.3.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng......................................................17
1.3.4. Độ chụm đầu.............................................................................................18
1.4 Hình thang lái....................................................................................................19
1.5. Dẫn động lái......................................................................................................19
1.6. Cường hóa lái....................................................................................................20
1.6.1. Cơng dụng, phân loại, yêu cầu..................................................................20
1.6.2. Các thông số đánh giá...............................................................................21
1.6.3. Sơ đồ bố trí...............................................................................................22
CHƯƠNG 2................................................................................................................ 25
TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA................................25
FORTUNER 2009.......................................................................................................25
2.1. Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ôtô Toyota Fortuner 2009.............................25
2.2.2. Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái TOYOTA FORTUNER 2009...28
2.2.5. Bơm trợ lực lái..........................................................................................33
2.3. Xác định mơmen cản quay vịng của các bánh xe dẫn hướng...........................34

2.4. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vơ lăng......................................................37
2.5. Tính tốn kiểm nghiệm bền dẫn động lái..........................................................38
2.5.1. Tính tốn kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ơ tơ quay vịng tại chỗ........38
2.5.2. Tính bền địn quay đứng...........................................................................38
2.5.3. Tính bền thanh kéo bên.............................................................................40
2.5.4. Tính tốn kiểm nghiệm dẫn động lái khi ơtơ phanh với cường độ cao.....40
2.6. Tính tốn kiểm tra hình thang lái......................................................................41
1


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
2.6.1. Cơ sở lý thuyết..........................................................................................41
2.6.2. Tính tốn kiểm tra động học quay vịng....................................................43
CHƯƠNG 3................................................................................................................ 48
CHẨN ĐỐN, BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA KỸ THUẬT HỆ THỐNG LÁI XE
TOYOTA FORTUNER 2009......................................................................................48
3.1. Chẩn đoán những hư hỏng và biện pháp khắc phục của hệ thống lái ôtô
TOYOTA FORTUNER 2009...................................................................................48
3.2. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái ôtô TOYOTA FORTUNER 2009.................48
3.2.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái................................................................48
3.2.2. Tháo lắp cơ cấu lái....................................................................................50
3.2.2. Bảo dưỡng các chi tiết trong hệ thống lái..................................................56
3.4. Sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái............................................................58
KẾT LUẬN................................................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................62

LỜI NÓI ĐẦU
Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực khơng ngừng phát triển và đạt
được thành tựu to lớn.
Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô

đã chế tạo ra nhiều loại ơtơ với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo
vấn đề an tồn và tính cơ động của ơtơ.
Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài “Khai thác kỹ thuật hệ
thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ
thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ơtơ nói chung
và hệ thống lái của xe Toyota fortuner nói riêng; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về
chuyên môn.
Đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ơtơ có những kiến thức cơ bản
về hệ thống lái trên ơtơ. Trong q trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh khỏi
những hư hỏng hao mịn các chi tiết. Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo
dưỡng, sửa chữa.
Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo ………………, cùng với sự nổ
lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này. Vì thời gian và kiến thức
có hạn nên trong tập đồ án này khơng thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì vậy
em mong các thầy, cơ trong bộ mơn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện
hơn.
2


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Cô giáo KS. Nguyễn Thị Hồng Ngọc
và thầy giáo ThS. Vũ Thế Truyền. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy,
cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong quá trình
học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
………., ngày tháng năm 2022.
Sinh viên thực hiện.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1. Công dụng,yêu cầu,phân loại

1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo
một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu
cầu cơ động của xe.
Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau:
- Vơ lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng
lên vô lăng đến dẫn động lái.
- Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng
và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng.
- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó dùng để giảm
nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngồi. Trên các xe cỡ
nhỏ có thể khơng có.
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống lái
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vơ lăng tức là khe hở trong hệ
thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ
(khơng lớn hơn 150N khi có trợ lực và khơng lớn hơn 50N khi khơng có trợ lực).
3


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Khơng có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm
việc và mọi chế độ chuyển động.
- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vịng thật ngoặt trong một khoảng thời
gian rất ngắn trên một diện tích thật bé.
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe khơng bị trượt lê gây mịn lốp,
tiêu hao cơng suất vơ ích và giảm tính ổn định của xe.
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng

ngại vật.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng
(Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N;
+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N.
+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe
dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc
quay của vơ lăng và của bánh xe dẫn hướng.
1.1.3. Phân loại
- Theo vị trí bố trí vơ lăng, chia ra:
+ Vơ lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã
hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,...
+ Vơ lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái
như: Anh, Thuỵ Điển...,Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của
người lái, đặt biệt là khi vượt xe.
- Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra:
+ Trục vít - Cung răng;
+ Trục vít - Chốt quay;
+ Trục vít - Con lăn;
+ Bánh răng - Thanh răng;
+ Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng).
- Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra:
+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu;
+ Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu;
- Theo kết cấu và ngun lí làm việc của bộ cường hố lái, chia ra:
+ Cường hố thuỷ lực;
+ Cường hố khí (khi nén hoặc chân khơng);
+ Cường hố điện;
4

Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
+ Cường hố cơ khí;
+ Ngồi ra cịn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh
dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí cường
hóa lái.
1.2. Kết cấu hệ thống lái
Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
Treo trước là hệ thống treo độc lập kiểu nến (macpherson), kích thước đòn treo
trên của hệ thống treo này giảm về bằng 0. Còn đầu trong của đòn treo dưới được liên
kết bản lề với dầm ơtơ, đầu ngồi liên kết với trục khớp nối dẫn hướng mà điểm liên
kết nằm trên đường tâm của trụ xoay đứng. Đầu trên của giảm chấn ống thuỷ lực được
liên kết với gối tựa trên vỏ ơtơ. Phần tử đàn hồi là lị xo được đặt một đầu tì vào tấm
chặn trên vỏ giảm chấn cịn một đầu tì vào gối tựa trên vỏ ơtơ. Trên xe Toyota Fortuner
vì địn treo dưới chỉ gồm một thanh nén nên có bố trí thêm một thanh giằng ổn định.
Ngoài ra đây là bánh xe dẫn hướng nên trụ đứng là vỏ giảm chấn có thể quay quanh
trục của nó khi xe quay vịng.

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
1.Vô lăng
4.Trục ra của cơ cấu lái
7.Đòn kéo bên
2.Trục lá
5.Đòn quay đứng
8.Đòn lắc
3.cơ cấu lái
6.Bộ phận hướng của hệ thống treo
9.Bánh xe
Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Treo sau là hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi lị xo trụ, vì lị xo trụ chỉ có khả

năng chịu lực theo phương thẳng đứng nên ngồi lị xo trụ phải bố trí các phần tử
hướng

5


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
1.Vô lăng
2.Trục lái
3.cơ cấu lái
4.Trục ra của cơ cấu lái

5.Đòn quay đứng
6.Đòn kéo dọc
7.Đòn quay ngang
8.Cam quay

9.Cạnh bên của hình thang lái
10.Địn kéo ngang
11.Bánh xe
12.Bộ phận phân phối
13.Xi lanh lực

1.2.1. Vơ lăng
Vơ lăng hay cịn gọi là bánh lái thường có dạng trịn với các nan hoa, dùng để tạo
và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái. Các nan hoa có thể bố trí đối
xứng hoặc khơng, đều hay khơng đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái.
Bán kính vơ lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người

lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xe
khách cở lớn )
1.2.2. Trục lái
Trục lái là một địn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô
lăng xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng,
nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển
1.2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay
trịn của vơ lăng thành chuyển động góc (lắc) của địn quay đứng và bảo đảm tăng mô
men theo tỷ số truyền yêu cầu
a) Tỷ số truyền động học

6


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.3 Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học
Tỷ số truyền động học: i 
Trong đó:

d 0 v


d  n

(1-1)

, - Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (địn

quay đứng).
0, 0: Các vận tốc góc tương ứng.
Tỷ số truyền động học i được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc
quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các
vị trí biên khơng lớn hơn 1,8 vịng đối với ơ tơ du lịch và khơng lớn hơn 3 vịng đối
với ơ tơ tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển
khi xe quay vòng.Giá trị của i phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn
13-22 đối với ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp
có thể tới 40.
Tỷ số truyền động học i có thể được thiết kế khơng đổi hoặc thay đổi theo góc
quay của vơ lăng. Cơ cấu lái có i thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái khơng
có cường hố. Mặc dù kết cấu khơng phức tạp nhưng tính cơng nghệ kém hơn nên đắt
hơn so với loại cơ cấu lái có i khơng đổi.
Qui luật thay đổ i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tính
năng của xe. Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i có dạng như trên hình
3-3 đường 4 là hợp lý nhất.Trong phạm vi góc quay  9001200, tỷ số truyền i
cần phải lớn để tăng độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng. Khi
xe chạy trên đường thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ
thống lái làm việc với góc quay nhỏ của vơ lăng quanh vị trí trung gian. Ngồi ra i 
tăng cịn làm giảm được các va đập từ mặt đường.

7


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
Ở các góc quay > 900 - 1200 tỷ số iω cần giảm để tăng tốc độ quay vịng,
tăng tính cơ động của xe.Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật
thay đổi iω được làm theo đường 2, để khi quay vịng khơng ngoặt tương đối thường
xuyên thì lực cần tác dụng nhỏ.Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như
đường 1. Khi đó, trong thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô

được nhạy, còn khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng.
Đối với các xe có cường hố lái: thì i được làm khơng đổi (đường 3) vì lúc này
vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hố giải quyết.
b) Tỷ số truyền lực
iF 

Trong đó:

Mr
Mv

- iF Tỷ số truyền lực.
- Mr Mơ men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng).
- Mv Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vơ lăng).

c) Hiệu suất
Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau:
i
M 
t = r r = F
i
M v v
Trong đó:

(1.2)

(1.3)

- Mr Mv Các mơ men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
- r , r Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;

- iF Tỷ số truyền lực;
- iTỷ số truyền động học.

Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ trên trục
lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt:
- Hiệu suất thuận th: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống
các bánh xe dẫn hướng.
- Hiệu suất nghịch ng: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh xe
dẫn hướng lên vô lăng.
-Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ lực
điều khiển. Hiệu suất nghịch phải nhỏ để giảm các va đập truyền từ hệ thống chuyển
động lên vô lăng. Tuy vậy hiệu suất nghịch không được không được q thấp vì sẽ làm
mất tác dụng của mơ men ổn định và bánh dẫn hướng sẽ không tự trở về được vị trí
trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và người lái bị mất cảm giác đường.Khi
sử dụng cường hố thì u cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều.
d) Khe hở trong cơ cấu lái
8


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vơ lăng ứng với
chuyển động thẳng của xe. Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái làm
việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tang nhanh hơn ở các vị trí khác. Do
vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở các vị trí này
được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và cơng nghệ. Trong q trình sử dụng,
chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.

Hình 1.4 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái
1.cơ cấu lái còn mới 2.cơ cấu lái đả sử dụng 3.Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian
e) Các dạng cơ cấu lái thông dụng

Hiện nay trên oto thường sử dụng các loại cơ cấu như sau:
+ Loại trục vít globoit – con lăn
+ Loại trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng
+ Loại bánh răng – thanh răng
+ Loại trục vít – cung răng
Ngồi ra cịn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay,bánh răng – cung răng...
* Loại trục vít - cung răng:
Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược
điểm là hiệu suất thấp th= 0,5-0,7; ng=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp
nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.
Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.(hình
1.5) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 1.6). Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp
xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên tồn bộ
chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mịn giảm, do đó
tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn. Trục
vít có thể có dạng trụ trịn hay glơbơít (lõm). Khi trục vít có dạng glơbơit thì số răng ăn
khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mịn.
Ngồi ra cịn cho phép tăng góc quay của cung răng mà khơng cần tăng chiều dài
của trục vít.

9


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.5 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa
1. Ổ bi

2. Trục vít

3. Cung răng

4. Vỏ

Hình 1.6 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên
1. Ổ bi
2. Trục vít
3. Cung răng
4. Vỏ
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng khơng đổi và xác định theo cơng thức:
2R0
iω =
(1.4)
t.1

trong đó:

- R0 Bán kính vịng lăn của cung răng;
- t Bước trục vít;
- Z1 Số mối ren trục vít.
Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120. Khe hở ăn khớp khi quay địn
quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03  0,5 mm . Sự thay
đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vịng trịn cơ sở của cung răng có
bán kính khác.
* Loại trục vít - con lăn:

10


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.7 Cơ cấu lái trục vít glơbơít - con lăn hai vành
1. Trục địn quay đứng
5. Trục vít
2. Đệm điều chỉnh
6. Đệm điều chỉnh
3. Nắp trên
7. Con lăn
4. Vít điều chỉnh
8. Trục con lăn
Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 1.7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ơ
tơ do có ưu điểm:
+ Kết cấu gọn nhẹ;
+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;
+ Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82;
+ Hiệu suất ngịch: ηn = 0,6;
+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.
Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệch với
đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục
quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng
thay đổi.
Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch
chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O1 một
lượng x =2,5-5 mm.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau:
2R K 2R0 R K
R
i 

i 0 K

(1.5)
tZ 1

trong đó:

tZ 1 R0

R0

- t Bước của mối răng trục vít;
11


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
- Z1 Số đường ren trục vít;
- Rk Bán kính vịng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ
điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng);
- R0 Bán kính vịng chia của bánh răng cắt trục vít;
- i0 Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít.
Theo cơng thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay đổi này
khơng lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi như i ω = const.
* Trục vít - chốt quay:

Hình 1.8 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay
1. chốt quay
2. Trục vít
3. Địn quay
Trên hình 1.8 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay.
Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế
tạo bước răng trục vít khác nhau.

Nếu bước răng trục vít khơng đổi thì tỷ số truyền được xác định theo cơng thức:
2R
i =
.cos
(1.6)
t

trong đó:Góc quay của địn quay đứng.
- R2 Bán kính địn dặt chốt.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này
dùng nhiều ở hệ thống lái khơng có cường hố và chủ yếu trên các ôtô tải và khách.
Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ khơng cao nên hiện nay ít sử dụng.
* Bánh răng - thanh răng:

12


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.9 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
1. Bánh răng

2. Thanh răng

Hình 1.10 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
1. Khớp nối
2. Thanh răng
Trên hình 1.9 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống
dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng

bằng lị xo.
+ Ưu điểm:
- Có tỷ số truyền nhỏ, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rãi
trên các xe đua, du lịch, thể thao ...
- Hiệu suất cao.
- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.
+ Nhược điểm:
- Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ).
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc.
- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng.
* Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng:
Trên hình 1.11 là kết cấu cơ cấu loại trục vít - êcu bi - thanh răng cung răng.êcu
(5) lắp lên trục vít (6) qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thay đổi
13


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
ma sát trượt thành ma sát lăn. Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanh
răng ăn khớp với cung răng trên trục (4).

Hình 1.11 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng
1.Trục cung răng
4. Ống dẫn hướng bi
2. Vít điều chỉnh
5. Êcu
3. Đệm tỳ
6. Trục vít
Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo cơng thức :
2R2
i =

(1.7)
t

trong đó: R2 - Là bán kính chia cung răng;
t - Bước răng trục vít.
+ Ưu điểm:
- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận  t = 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch  n = 0,85.
Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ơtơ có tính
ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng.
14


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
- Khi sử dụng với cường hố thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn khơng quan trọng.
- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn.
1.3. Hình học lái
Hình học lái là thuật ngữ biểu đạt mối quan hệ hình học trong hệ thống mặt
đường- bánh xe - các bộ phận của hệ thống lái- các bộ phận của hệ thống treo.
1.3.1. Góc dỗng
Góc dỗng: là góc tạo bởi mặt phẳng quay bánh xe và mặt phẳng thẳng đứng,
chiều dương ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ đầu xe.

Hình 1.13 Góc dỗng
+ Tác dụng của góc dỗng dương:
Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc dỗng bằng khơng tải trọng tác dụng
lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục (F’ trên hình 1.14). Nó dễ làm
trục hay cam quay bị cong. Việc đặt góc dỗng dương sẽ làm tải tác dụng vào phía
trong của trục, ký hiệu F, giảm lực tác dụng lên trục và cam quay.
- Ngăn ngừa sự tụt bánh xe: Phản lực F có độ lớn bằng tải trọng xe, tác dụng lên
bánh xe theo phương vng góc với mặt đường. F được phân tích thành F1 vng góc

với đường tâm trục và F2 song song với đường tâm trục. Lực F2 đẩy bánh xe vào trong
ngăn cản bánh xe tụt khỏi trục. Vì vậy ổ bi trong làm lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải
trọng này.
- Ngăn cản góc dỗng âm ngồi ý muốn do tải trọng gây ra: khi chất đầy tải lên
xe, phía trên các bánh xe có xu hướng nghiêng vào trong do sự biến dạng của chi tiết
của hệ thống treo và các bạc tương ứng. Góc dỗng dương giúp chống lại hiện tượng
này.
Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh xe quay sang phải hay trái quanh trục quay đứng
với khoảng lệch là bán kính. Khoảng lệch lớn sẽ sinh ra mômen lớn quanh trục quay
đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh tay lái. Do đó khi khoảng cách
này nhỏ thì giảm lực đánh tay lái.
15


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.14 Tác dụng của góc dỗng dương
+ Tác dụng của góc dỗng âm:
Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc dỗng, lốp có xu hướng lún
xuống. Tuy nhiên do bị chặn bởi mặt đường nên gai lốp sẽ bị biến dạng. lúc đó tính
đàn hồi của lốp sẽ chống lại sự biến dạng này và vì vậy tác dụng lên mặt đường theo
hướng A. Kết quả là đường sinh ra phản lực B gọi là lực camber. Lực camber tăng
cùng với sự tăng góc nghiêng với mặt đường cũng như khi tăng tải.

Hình 1.15 Tác dụng của góc dỗng âm
Khi quay vịng lực camber ở bánh xe phía ngồi có tác dụng giảm lực quay vịng
do tăng góc dỗng dương. Lực ly tâm làm nghiêng xe đang chạy vòng do tác động của
các lò xo của hệ thống treo, dẫn đến thay đổi góc dỗng. Ở một số xe đã tạo một chút
góc dỗng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc dỗng dương khi
quay vịng, giảm lực camber và đạt lực quay vịng tối ưu.

Góc dỗng cũng có thể bằng khơng. Lý do chính để đặt góc dỗng bằng khơng là
để ngăn cản sự mịn khơng đều của lốp. Cả góc dỗng dương hay âm đều làm mịn lốp
nhanh. Khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một bên.
1.3.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng
Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau
của trục xoay so với đường thẳng góc với mặt đường. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng
16


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
ra phía sau bánh xe ta có độ nghiêng dọc dương. Nếu đầu trên trục xoay nghiêng ra
phía trước bánh xe ta có độ nghiêng dọc âm.

Hình 1.16 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoay đứng
1- Đường tim trục xoay
4-Khớp hình cầu
2- Góc nghiêng dọc caster dương
5- Phía trước xe
3- Đường thẳng góc mặt đất

Hình 1.17 Góc nghiêng dọc
a- Góc nghiêng dọc dương
b- Góc nghiêng dọc âm
Tác dụng của góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng: Làm tăng hiệu quả trở về vị trí
chuyển động thẳng của bánh xe dẫn hướng.
1.3.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng

17

Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.18 Góc nghiêng ngang của chốt chuyển hướng
Là góc đo giữa trục xoay và đường thẳng góc với mặt đường khi ta nhìn từ đầu xe.
+ Tác dụng góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng:
- Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng có tác dụng làm giảm mơmen cản quay
vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe
với mặt đường.
- Ơ tơ có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng.
Khi ơ tơ quay vịng với góc quay vành tay lái lớn (bán kính quay vòng càng nhỏ),
lực tác động lên vành tay lái càng lớn, tức tạo điều kiện cảm nhận được mức độ quay
vịng của ơ tơ trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn.
1.3.4. Độ chụm đầu
Khi phía trước của hai bánh xe gần nhau hơn phía sau của hai bánh xe khi nhìn từ
trên xuống thì gọi là độ chụm đầu (sự bố trí ngược lại gọi là độ mở). Độ chụm được
xác định bằng hiệu số của hai khoảng cách giữa các đầu nút sau (B) và trước (A).
+ Tác dụng của độ chụm đầu:
Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác động của lực cản lăn khi xuất hiện
những khe hở và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động

Làm giảm ứng suất trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cho
góc dỗng của bánh xe dẫn hướng gây nên.

18


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.19 Độ chụm của bánh xe dẫn hướng
1.4 Hình thang lái

Hình 1.20 Sơ đồ hình thang lái
Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái. Hình thang lái có nhiệm vụ đảm
bảo động học quay vịng đúng cho các bánh xe dẫn hướng. Mục đích làm cho các bánh
xe khỏi trượt lê khi quay vòng, dẫn đến giảm sự mài mịn lốp, giảm tổn hao cơng suất
và tăng tính ổn định.
Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau. Địn ngang có thể cắt rời hay
liền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc. Nhưng dù trường hợp nào thì kết
cấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thống
treo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫn
động, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay.
Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việc
chọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và khơng có khe hở trong dẫn động nhờ
sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở.
1.5. Dẫn động lái
Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh xe
dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng.
19


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
Các thông số cơ bản:
+ Tỷ số truyền động học:
Gọi i là tỷ số truyền động học của hệ thống lái. Xác định i theo công thức:

640
i  vl 
16,2
(1.8)
 bx

40
Trong đó:
-  vl là các góc quay của vơ lăng,  vl phải đảm bảo cho góc quay cần
thiết của vô lăng để quay các bánh dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên
khơng lớn hơn 1,8 vòng (tương ứng với 6400),  vl = 1,8 vịng;
-  bx là góc quay của bánh xe dẫn hướng,  bx = 400.
+ Tỷ số truyền của cơ cấu lái:
Gọi ic là tỷ số truyền của cơ cấu lái thống lái. Xác định ic theo công thức:
ic 

i 16,2

16,5
i dd 0,98

Trong đó:
- i là tỷ số truyền của hệ thống lái, i = 16,2;
- idd là tỷ số truyền của dẫn động lái, idd = 0,98.
+ Tỷ số truyền lực:
iF 

M r M dq

 th .i 16,2.0,99 16,04
M v M vl

(1.9)

Trong đó:
- Mr (Mdq) Mơmen trên trục ra (hay trên địn quay đứng);

- Mv (Mvl) Mơmen trên trục vào (hay trên vô lăng).
+ Hiệu suất:
- Hiệu suất thuận (th ): tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống.
- Hiệu suất nghịch ( ng ): tính theo chiều truyền lực từ bánh xe lên.
- Với cơ cấu bánh răng-thanh răng ta có:
th = th = 0,99
(1.10)
1.6. Cường hóa lái
1.6.1. Cơng dụng, phân loại, u cầu
1.6.1.1. Cơng dụng
Trên các xe ô tô tải trọng lớn, xe du lịch cao cấp và các xe khách hiện đại thường
có trang bị cường hoá lái để:
+ Giảm nhẹ lao động cho người lái
+ Tăng an toàn cho chuyển động.

20


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
Khi xe đang chạy một tốc độ lớn mà một bên lốp bị thủng, cường hoá lái đảm bảo cho
người lái đủ sức điều khiển, giữ được ô tô trên đường mà không bị lao sang một bên.
Sử dụng cường hố lái có nhược điểm là lốp mịn nhanh hơn (do lạm dụng cường hố
để quay vịng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lượng công việc
bảo dưỡng.
1.6.1.2. Phân loại
Theo nguồn năng lượng:
+ Cường hố thuỷ lực;
+ Cường hố khí (khí nén hoặc chân khơng);
+ Cường hố điện;
+ Cường hố cơ khí;

Cường hố thuỷ lực được dùng phổ biến nhất vì có kết cấu nhỏ gọn và làm việc
khá tin cậy.
Theo sơ đồ bố trí phân ra làm 4 dạng:
+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xylanh lực được bố trí chung thành một cụm;
+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung;
+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xy lanh lực bố trí riêng;
+ Xy lanh lực bố trí riêng, bộ phận phân phối và cơ cấu lái bố trí chung.
1.6.1.3. Yêu cầu
Cường hố lái phải đảm bảo các u cầu chính sau:
+ Khi cường hố lái hỏng thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường cho dù lái
nặng hơn.
+ Thời gian chậm tác dụng nhỏ.
+ Đảm bảo sự tỷ lệ giữa góc quay vơ lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng.
+ Khi sức cản quay vịng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũng tăng
theo, tuy vậy không được vượt quá 100  150 (N).
+ Khơng xảy ra hiện tượng tự cường hố khi xe đi qua chổ lồi lỏm, rung xóc.
Phải có tác dụng như thế nào để khi một bánh xe dẫn hướng bị hỏng, bị nổ thì
người lái có thể vừa phanh ngặt vừa giữ được hướng chuyển động cần thiết của xe.
1.6.2. Các thông số đánh giá
Chỉ số hiệu dụng trợ lực:
Khq =

pl
pl

pc
pl  p h

(1.11)

trong đó:
- Pl lực tác dụng lên vành tay lái khi khơng có cường hố;
21


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
- Pc lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hố trong những điều kiện
quay vịng như trên;
- Ph Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái.
Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:
=

dPc
dM cq

(1.12)

trong đó:
- dPc số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;
- dMc moomen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng.
Trong bộ trợ lực hiện nay  = 0,02- 0,05 [N/Nm].
- Độ nhạy: độ nhạy của cường hoá lái đặc trưng bằng lực tác dụng lên vô lăng.
1.6.3. Sơ đồ bố trí
Bất kỳ cường hố lái nào cũng có ba bộ phận sau:
- Nguồn lăng lượng: bơm dầu, máy nén + bình chứa hoặc ắc quy.
- Bộ phận phân phối: dùng để phân phối đều chỉnh năng lượng cung cấp cho bộ
phận chấp hành. Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các góc quay của bánh xe dẩn hướng.
- Cơ cấu chấp hành: tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn động lái.
Các bộ phận trên có thể được bố trí theo 4 sơ đồ sau:
+ Cơ cấu lái, bộ phạn phân phối và xilanh lực bố trí chung thành một cụm như

trên hình 1.20.
+ Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung như trên
hình 1.21.
+ Cơ cấu lái, bộ phận phân phối, xi lanh lực bố trí riêng như trên hình 1.22.
+Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trên
hình 1.23.

Hình 1.20 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xi lanh lực bố trí chung thành một cụm
1. Cơ cấu lái

2. bộ phận phân phối

3. xilanh lực
22


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

Hình 1.21 Cơ cấu lái bố trí riêng, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí chung
1. Cơ cấu lái

2. bộ phận phân phối

3. xilanh lực

Hình 1.22 Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng
1. Cơ cấu lái

2. bộ phận phân phối

3. xilanh lực

Hình 1.23 Sơ đồ bố trí xilanh lực riêng, cơ cấu phân phối và cơ cấu lái bố trí chung
1. Cơ cấu lái
2. bộ phận phân phối
Ưu nhược điểm của từng sơ đồ:

3. xilanh lực

23


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009
-Theo các sơ đồ hình 1.21; 1.22; 1.23.
+ Ưu điểm: dễ bố trí, tăng tính thống nhất của sản phẩm, giảm tải tác dụng lên
các chi tiết hệ thống lái.
+ Nhược điểm: kết cấu kém cứng vững hơn, chiều dài các đường ống lớn, dẫn
đến tăng khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng.
-Theo sơ đồ hình 1.20.
+ Ưu điểm: Kết cấu gọn hơn, vững chắt hơn, chiều dài các đường ống nối ngắn,
giảm hiện tượng dao động của bánh xe dẫn hướng.
+ Nhược điểm: tất cả các chi tiết của hệ thốïng lái điều chịu tải lớn, là tổng lực
do người lái và cơ cấu chấp hành tác dụng. Vì vậy trên các xe tải trọng lớn người ta
khơng dùng sơ đồ bố trí này.

CHƯƠNG 2
24


Khai thác kỹ thuật hệ thống lái xe TOYOTA FORTUNER 2009

TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI XE TOYOTA
FORTUNER 2009
2.1. Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ôtô Toyota Fortuner 2009
Hệ thống lái của ôtô Toyota Fortuner là hệ thống lái có trợ lực. Cấu tạo của hệ
thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực
thuỷ lực và dẫn động lái. Trên ôtô Toyota Fortuner 2009 người ta bố trí cơ cấu lái và
bộ trợ lực lái riêng thành hai cụm.
Phương án bố trí này có ưu điểm:

- Kết kấu cơ cấu lái nhỏ gọn;
- Dễ bố trí bộ trợ lực lái;
- Tăng tính thống nhất sản phẩm;
- Giảm tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống lái.
9

10

3

11

4

5 6

7

8

2

1

Hình 2.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái
1. Vô lăng
5. Piston
9. Khớp cầu
2. Trục lái
6. Xy lanh
10. Đòn quay
3. Bánh răng
7. Thanh kéo ngang
11. Bánh xe
4. Thanh răng
8. Thanh kéo bên
Nhược điểm: Kết cấu kém cứng vững, chiều dài các đường ống lớn dẫn đến tăng
khả năng dao động các bánh xe dẫn hướng.

25