Phân tích hệ thống lái trên ô tô

Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Lời mở đầu
Trong vài thập kỷ gần đây, nền công nghiệp ôtô đã có những bước phát triển
lớn lao. Chẳng hạn hệ thống điều khiển động cơ đã áp dụng công nghệ GDI (gas
oline direct injection ) nhằm làm giảm tối đa tiêu hao nhiên liệu. Phần gầm của
ôtô ngày nay được trang bị một số hệ thống như: hệ thống phanh chống hãm
cứng (ABS) hay hệ thống chống trượt (ARS), hộp số tự động nhiều cấp… Do
đó, hệ thống lái cũng được cải tiến nhằm làm cho chiếc ô tô ngày càng hoàn
thiện hơn.
Do có nhiều cải tiến để đáp ứng yêu cầu của khách hàng và độ an toàn nên hệ
thống lái trên ô tô ngày càng phức tạp. vì vậy, đề tài “Phân tích hệ thống lái
trên ô tô” có ý nghĩa quan trọng trong việc hướng dẫn các sinh viên tìm hiểu về
nguyên lý để từ đó làm cơ sở để tìm ra các hư hỏng để sửa chữa.
Trong quá trình thực hiện đề tài này do thời gian và kiến thức có hạn nên còn
có nhiều hạn chế và thiếu sót. Em rất mong được sự đóng ý kiến của thầy và các
bạn để nội dung đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy.
Hệ thống lái trên ô tô
I. chức năng, yêu cầu, Phân loại
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
1
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
a) Chức năng.
Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Nó có tác
dụng là dùng để thay đổi hướng chuyển động nhờ quay các bánh xe dẫn hướng
cũng như để giữ hướng chuyển động thẳng hoặc cong của ôtô khi cần thiết.
Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến sự an toàn
chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó hệ thống lái không ngừng được hoàn
thiện.
b) Yêu cầu.
Tính linh hoạt tốt: Khi xe quay vòng trên đường gấp khúc và hẹp thì hệ

thống lái phải xoay được bánh trước chắc chắn, dễ dàng và êm.
Lực lái thích hợp: Để lái dễ dàng hơn và thuận lợi trên đường đi thì nên chế
tạo hệ thống lái nhẹ hơn ở tốc độ thấp và nặng hơn ở các tốc độ cao.
Phục hồi vị trí êm: Trong khi xe đổi hướng, lái xe phải giữ vô lăng chắc
chắn. Sau khi đổi hướng, sự phục hồi – nghĩa là quay bánh xe trở lại vị trí chạy
thẳng – phải diễn ra êm khi lái xe thôi tác động lực lên vô lăng.
Giảm thiểu truyền các chấn động từ mặt đường lên vô lăng: Không để
mất vô lăng hoặc truyền ngược chấn động khi xe chạy trên đường gồ ghề.
c) Phân loại.
 Theo phương pháp chuyển hướng:
 Chuyển hướng hai bánh xe trên cầu trước.
 Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WD).
 Theo đặc điểm truyền lực.
 Hệ thống lái cơ khí.
 Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thủy lực.
 Theo kết cấu của cơ cấu lái.
 Cơ cấu lái kiểu bánh răng, thanh răng.
 Cơ cấu lái kiểu trục vít lõm, con lăn.
 Cơ cấu lái kiểu trục vít êcu bi, thanh răng, bánh răng.
 Theo cách bố trí vành tay lái.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
2
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
 Vành tay lái bên trái.
 Vành tay lái bên phải.
II. SƠ Đồ CấU TRúC Và HOạT động của các hệ thống láI tiêu biểu
2.1. Sơ đồ cấu chúc của hệ thống lái:
Hệ thống lái là hệ thống điều khiển hướng chuyển động của xe. Nó có tác
dụng là dùng để thay đổi hướng chuyển động nhờ quay các bánh xe dẫn hướng
cũng như để giữ hướng chuyển động thẳng hoặc cong của ôtô khi cần thiết.

Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng lớn đến sự an toàn
chuyển động nhất là ở tốc độ cao do đó hệ thống lái không ngừng được hoàn
thiện.
Cấu tạo của hệ thống lái miêu tả (hình 2.1) và bao gồm các bộ phận chính sau
đây: vành lái, trục lái, cơ cấu lái, các đòn dẫn động lái, bánh xe dẫn hướng.
2.2. Hoạt động của hệ thống lái:
Vành lái nhận lực từ cánh tay người điều khiển để tạo ra chuyển động quay
vòng của nó và truyền mômen xoắn tới trục lái.
Trục lái bao gồm trục lái chính truyền chuyển động quay của vô lăng tới cơ
cấu lái và ống đỡ trục lái để cố định trục lái chính vào thân xe. Đầu phía trên của
trục lái chính được làm thon và xẻ hình răng cưa và vô lăng được xiết vào trục
lái bằng một đai ốc.
Tại cơ cấu lái nhận mômen từ trục lái và thay đổi tỷ số truyền cơ cấu lái để
đưa tới các thanh dẫn động lái.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
3
1. Vành lái.
2. Trục lái.
3. Đòn quay.
4. Hộp cơ cấu lái.
5. Đòn kéo dọc.
6. Đòn ngang liên kết.
7.Đòn dẫn bánh xe.
8. Đòn ngang bên.
9. Trục bánh xe.
Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Thanh dẫn động lái là sự kết hợp giữa các thanh nối và tay đòn để truyền
chuyển động của cơ cấu lái tới các bánh xe trái và phải.
III. CáC GóC ĐặT BáNH XE DẫN HƯớng

3.1. Khái quát chung:
Việc bố trí bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới điều khiển, tính ổn định
chuyển động. Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển hướng chuyển
động nhẹ nhàng, chính xác, đảm bảo ổn định khi chạy thẳng cũng như khi quay
vòng kể cả khi có sự cố của hệ thống khác. Đối với ô tô con các yêu cầu này
càng nâng cao vì tốc độ chuyển động không ngừng tăng lên. Trên cầu dẫn
hướng, các bánh xe được bố trí và quan tâm thích đáng, ở các bánh xe không
dẫn hướng cũng được để ý, song bị giới hạn giá thành chế tạo và sự phức tạp
của kết cấu nên cách bố trí vẫn tuân thủ các điều kiện truyền thống.
Các bố trí của bánh xe dẫn hướng đó là:
- Góc nghiêng ngang của bánh xe
- Góc chụm bánh xe
- Góc nghiêng ngang của trụ đứng
và bán kính quay bánh xe
- Góc nghiêng dọc trụ đứng và độ
lệch trụ đứng
Cần chú ý khi xác định các thông
số trên, xe phải ở trạng thái không
tải và đặt thẳng hướng chuyển động.
Góc đặt bánh xe gồm 5 yếu tố sau
đây:
- Góc nghiêng ngang (góc camber).
- Góc nghiêng dọc trụ đứng (Góc caster).
- Góc nghiêng ngang trụ đứng (góc kingpin ).
- Độ chụm bánh xe
- Bán kính quay vòng
Nếu một trong các yếu tố này không thích hợp có thể xuất hiện các vấn đề:
- Khó lái.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
4

Hình 3.1. Các dạng góc đặt bánh xe
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
- Lái không ổn định.
- Trả lái trên đường vòng kém.
- Giảm tuổi thọ của lốp.
3.2. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Góc camber).
Góc nghiêng ngang của bánh xe (góc camber) là góc xác định trên mặt phẳng
ngang của xe, được tạo thành bởi hình chiều mặt phẳng đối xứng dọc của lốp xe
và phương thẳng đứng.
Khi phần trên của bánh
xe nghiêng ra phía ngoài
gọi là góc “ camber dương”,
ngược lại khi bánh xe
nghiêng vào trong cho ta
“camber âm”.
Trong các kiểu xe trước
đây, bánh xe thường có
camber dương để tăng tăng
độ bền của trục trước và để
cho lốp tiếp xúc thẳng góc
với mặt đường nhằm ngăn
ngừa hiện tượng mòn không
đều vì phần tâm lốp cao hơn phần dìa đường.
Trong các kiểu xe hiện đại hệ thống treo và trục có độ bền cao hơn trước, mặt
đường lại bằng phẳng lên bánh xe không cần nghiêng dương nhiều như trước
nữa. Vì vậy góc camber giảm xuống gần đến “không”( một số xe băng không).
Trên thực tế bánh xe có camber âm đang được áp dụng phổ biến để tăng tính
năng chạy đường vòng của xe.
a) Camber âm.
Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe nghiêng sẽ sinh ra một lực

theo phương nằm ngang. Lực này gọi là lực đẩy ngang nó tác động theo chiều
vào trong khi bánh xe có camber âm, và theo chiều ngược lại khi xe có camber
dương.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
5
Hình 3.2. Góc camber
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Khi xe chạy trên đường vòng vì, vì xe có xu hướng nghiêng ra phía ngoài lên
camber của lốp xe trở lên dương hơn, lực đẩy ngang về phía trong cùng giảm
xuống và lực quay vòng cũng giảm xuống. Góc camber âm của bánh xe giữ cho
xe không bị nghiêng dương khi chạy vào đường vòng và duy trì lực quay vòng
thích hợp.
b) Camber dương.
- Camber dương
có các tác dụng sau:
- Giảm tải trọng thẳng đứng: khi có camber dương tải trọng tác dụng theo
hướng cam lái nhờ thế mômen tác dụng lên bánh xe và cam lái giảm xuống.
- Ngăn ngừa tuột bánh xe khỏi trục.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
6
Hình 3.3. Camber âm
Phía trong Phía ngoài Phía ngoài
Lực đẩy ngang Lực đẩy ngang
Hình 3.4. ảnh hưởng của góc camber âm
Hình 3.5. Góc camber
dương
Hình 3.6. Góc camber
dương
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
- Ngăn ngừa pháp sinh camber âm ngoài ý muốn do tải trọng: giữ cho phía

trên của xe không bị nghiêng về phía trong do sự biến dạng của các bộ phận của
hệ thống treo và bạc lót gây ra bởi trọng lượng của hàng hoá và hành khách.
- Giảm lực đánh lái.
c) Camber bằng không.
- Lý do chính để có camber bằng không là nó giúp
cho lôp xe mòn đều. Lốp xe có camber âm hoặc
dương sẽ làm cho bán kính quay vòng ở phía trong và
phía ngoài khác nhau làm cho lốp xe mòn không đều
và camber bằng không khắc phục được điều này.
3.3. Góc nghiêng dọc của trụ đứng ( góc caster và
khoảng caster)
Góc caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ xoay đứng,
được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng khi
nhìn từ cạnh xe.
Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau gọi là
“ caster dương”, ngược lại khi trục xoay đứng
nghiêng về phía trước gọi là “caster âm”.
Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm
trục xoay đứng và mặt đường đến tâm điểm tiếp
xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là
“khoảng caster”.
Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi
xe chạy trên đường thẳng và khoảng caster ảnh
hưởng đến tính năng hồi vị bánh xe khi xe chạy
trên đường vòng.
3.4. Góc nghiêng ngang của trụ đứng (góc
kingpin).
Trục mà trên đó bánh xe có thể xoay về phía phải
hoặc phía trái được gọi là ‘trục xoay đứng”. Trục
này được xác định bằng cách vạch một đường

thẳng tưởng tượng đi qua tâm của ổ bi đỡ trên của
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
7
Hình 3.7. Camber bằng không
Hình 3.8. Góc Caster
Hình 3.9. Góc kingpin
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
bộ giảm chấn và khớp cầu của đòn treo dưới. Nhìn từ phía trước xe, đường
thẳng này nghiêng về phía trong, góc nghiêng này được gọi là góc nghiêng trục
lái-góc kingpin và được đo bằng độ.
Khoảng cách L từ giao điểm trục xoay đứng và mặt đường đến giao điểm
giữa đường tâm bánh xe và mặt đường gọi là độ lệch kingpin.
 Vai trò của góc kingpin.
- Giảm lực đánh lái.
Vì các bánh xe quay sang phải hoặc sang trái
với tâm quay là trục xoay đứng còn bán kính quay
là khoảng lệch, nên khoảng lệch càng lớn thì
mômen cản quay càng lớn vì vậy lực lái cũng
tăng lên. Do vậy có thể giảm khoảng lệch để giảm
lực lái.
Có thể áp dụng hai phương pháp để giảm khoảng
lệch.
- Giảm lực phản hồi và lực kéo lệch sang một bên.
Nếu khoảng lệch quá lớn, lực dẫn động hoặc lực hãm sẽ tạo ra một mômen
quay quanh trục xoay đứng tỉ lệ với khoảng lệch. Mặt khác, mọi tác động lên
bánh xe sẽ làm cho bánh xe bị dật lại hoặc phản hồi. Những hiện tượng này có
thể được cải thiện bằng cách giảm khoảng lệch. Nếu góc nghiêng của trục bên
trái và bên phải khác nhau thì xe sẽ bị kéo lệch về bên có góc nghiêng nhỏ hơn
(có khoảng lệch lớn hơn).
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô

8
Hình 3.10. Giảm lực đánh lái
Hình 3.11. Giảm lực phản hồi
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Tăng độ ổn định chạy trên đường thẳng.
Góc nghiêng của trục lái giúp cho bánh xe tự đông quay trở lại vị trí đường
thẳng sau khi đã chạy vòng.
3.5. Độ chụm bánh xe.
Độ chụm là độ lệch của phần trước và phần sau bánh xe khi nhìn từ trên
xuống. Góc lệch của bánh xe gọi là góc chụm. Khi phần phía trước của các bánh
xe gần nhau hơn so với phần phía sau thì được gọi là “độ chụm”, ngược lại gọi
là độ choãi
Vai trò của góc chụm: khử bỏ lực đẩy ngang do góc camber tạo ra vị vậy góc
chụm ngăn ngừa bánh xe mở ra
hai bên do có camber dương.
Tuy nhiên trong những năm gần
đây do áp dụng camber âm và do
hiệu quả của hệ thống treo và lốp
tăng lên nên nhu cầu khử bỏ lực
đẩy ngang không con nữa. Do
vậy, mục đích của góc chụm đã
chuyển thành đảm bảo độ ổn
định chạy trên đường thẳng.
3.6. Bán kính quay vòng (góc bánh xe, góc quay vòng).
Bán kính quay vòng góc quay của bánh xe phía trước bên trái và bên phải khi
chạy trên đường vòng. Với góc quay của bánh xe bên phải và bên trái khác
nhau, phù hợp với tâm quay của cả bốn bánh xe thì độ ổn định của xe chạy trên
đường vòng sẽ tăng lên.
Nều bán kính quay không đúng, lốp xe bên trong hoặc ngoài sẽ bị trượt về
một bên và không thể quay xe một cách nhẹ nhàng. Điều này cũng làm cho lốp

xe mòn không đều
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
9
Hình 3.12. Độ chụm
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
iV. DẫN động lái
Dẫn động lái các bánh xe dẫn hướng được gọi là “dẫn động lái”. Dẫn động lái
là sự kết hợp giữa các thanh nối và tay đòn để truyền chuyển động của cơ cấu lái
tới các bánh xe dẫn hướng. Thanh dẫn động lái phải truyền chính xác chuyển
động của vô lăng lên các bánh trước khi chúng chuyển động lên xuống trong khi
xe chạy. Có nhiều loại thanh dẫn động lái và kết cấu khớp nối được thiết kế để
thực hiện yêu cầu này.
4.1. Quan hệ hình học của Ackerman.
Quan hệ hình học của Ackerman là biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe
dẫn hướng quanh trục trụ đứng, với giả thiết tâm quay vòng của xe nằm trên
đường kéo dài của tâm trục cầu sau.
Để thỏa mãn điều kiện không bị trượt bánh xe sau thì tâm quay vòng phải
nằm trên đường kéo dài của tâm cầu sau, mặt khác các bánh xe dẫn hướng phải
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
10
Hình 4.1. Quan hệ hình học của Ackerman
L
B
gg =
βα
cotcot
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
quay theo các góc
α
(đối với bánh xe ngoài);

β
(đối với bánh xe trong). Quan
hệ hình học được xác định theo biểu thức:
Trong đó:
- B: Khoảng cách của hai đường tâm trụ đứng trong mặt phẳng đi qua tâm
trục bánh xe và song song với mặt đường.
- L: Chiều dài cơ sở của xe.
Để đảm bảo điều kiện này, trên xe sử dụng cơ cấu bốn khâu có tên là hình
thang lái Đantô. Cơ cấu bốn khâu đặt trên cầu trước có dầm cầu liền có hai dạng
như trên (hình5.1). Cấu tạo của chúng bao gồm: dầm cầu cứng đóng vai trò một
khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh xe, đòn ngang liên kết hai đòn bên
bằng khớp cầu (rôtuyn). Các đòn bên quay xung quanh đường tâm trụ đứng. Khi
đòn ngang liên kết nằm sau dầm cầu, phương pháp bố trí như (hình 5.2a). Khi
đòn ngang liên kết nằm trước dầm cầu, cấu trúc như (hình 5.2b).
Trên hệ thống treo độc lập, số lượng đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo các
bánh xe dịch chuyển độc lập. Số lượng đòn tăng lên tùy thuộc vào kết cấu của
cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ cấu lái, không gian cho phép bố trí đòn, khớp, độ
cứng vững của kết cấu… nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học của Akerman,
tức là gần đúng với cơ cấu Đantô.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
11
Hình 4.2. Cơ cấu 4 khâu có dầm cầu liền
Đòn ngang liên kết nằm sau dầm cầu
Đòn ngang liên kết nằm trước dầm cầu
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Hai dạng điển hình của dẫn động lái ở trên hệ thống treo độc lập trên (hình
5.3a, hình 5.3b).
4.2. Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng đòn quay.
Dẫn động lái của các xe sử dụng cơ cấu lái có đầu trục bị động quay cùng các
dạng cơ bản sau đây:

Trường hợp a: Cơ cấu lái đặt sau trục cầu trước và nằm trên vỏ hoặc khung
xe, đòn quay của cơ cấu dẫn động đòn 1 quay, đòn 1,2 tạo nên chuyển động tịnh
tiến cho đòn 4. Các đòn 3 có thể điều chỉnh chiều dài đòn để tạo điều kiện điều
chỉnh độ chụm bánh xe dẫn hướng, vì vậy các đòn 3 phải có chiều dài như nhau.
Trường hợp b: Có cấu lái đặt trước trục cầu trước, đòn 4 cũng là đòn liên kết
và cùng với đòn 3 đều đặt sau trục cầu trước.
Trường hợp c: Cơ cấu lái đặt trước, các đòn ngang đặt trước trục cầu xe.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
12
Hình 4.4. Các dạng bố trí đòn dẫn động lái với cơ cấu lái dạng đòn quay
1. Đòn quay chính 2. Đòn quay phụ
3. Đòn ngang bên có cơ cấu điều chỉnh chiều dài 4. Đòn ngang liên kết
Hình 4.3. Cơ cấu đòn ngang nối liên kết trên hệ thống treo độc lập
Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu
Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Trường hợp d:Cơ cấu lái đặt sau, các đòn ngang 3, 4 đặt trước. Đây là loại
xe có 4 bánh chủ động.
4.3. Dẫn động lái ở hệ thống treo độc lập với cơ cấu lái dạng bánh răng,
thanh răng.
Trường hợp a: Cơ cấu lái và đòn dẫn động lái đặt sau trục cầu trước. Vai trò
của thanh răng chỉ đảm nhận chuyển động tịnh tiến, các đòn ngang bên dài, góc
lắc trong quá trình chuyển động theo phương thẳng đứng của bánh xe gây nên ở
đòn ngang bên nhỏ vì vậy bánh xe bị lắc do góc tự điều khiển.
Trường hợp b: Cơ cấu lái đặt trước trục cầu trước, đòn ngang liên kết là
thanh răng, đòn ngang bên nối từ thanh răng tới đòn bên dẫn động bánh xe. Kết
cấu gọn, chiếm ít chỗ ở phần đầu xe. Các đòn ngang bên có khả năng điều chỉnh
chiều dài.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
13

Hình4.5. Bố trí dẫn động lái trên hệ thống treo độc lập
có cơ cấu lái thanh răng, bánh răng
1. Bánh răng chủ động 2. Thanh răng
3. ổ trượt 4. Đòn bên dẫn động bánh xe
5. Đòn ngang bên có cơ cấu điều chỉnh
Hình 4.6. Các dạng khớp cầu của đòn dẫn động lái bôi trơn vĩnh cửu.
a. Bạc kim loại b. Bạc nhựa c. Bạc cao su
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Trường hợp c: Đòn ngang bên và đòn ngang đặt trước cầu xe. Bạc trượt 3
đặt cố định trên vỏ cơ cấu lái gắn với vỏ xe.
Trường hợp d: Thanh răng và cơ cấu lái đặt sau, đòn dẫn động bánh xe đặt
trước trục bánh xe.
ở các trường hợp b, c, d đòn ngang bên ngắn hơn trường hợp a. Thanh răng bố
trí trên khung xe nên giảm rung lắc cơ cấu lái.
4.4. Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái.
a) Khớp cầu.
Khớp cầu dùng cho hệ thống lái có hai loại: Khớp cầu bôi trơn thường xuyên
và khớp bôi trơn một lần.
Trước đây chỉ dùng loại khớp cầu bôi trơn thường xuyên. ở khớp này có vú
mỡ để thường xuyên bơm mỡ bôi trơn.
Ngày nay khớp loại này chỉ dùng cho xe tải, xe dùng trong điều kiện địa hình
xấu ( nhiều bụi, đất, nước…).
Các loại khớp cầu dùng cho xe con ngày nay là loại không cần phải bảo
dưỡng. Có thể coi loại khớp này được bôi trơn vĩnh cửu. Chúng ta có thể gặp
loại khớp cầu bạc kim loại, bạc nhựa hoặc bạc cao su.
Khớp cầu có bạc kim loại dùng trên các loại xe thể thao vì yêu cầu độ bền
cao, việc cách âm cho hệ thống không phải là yêu cầu chính.
Khớp cầu có bạc nhựa liền khối, có độ biến dạng rất nhỏ và chịu ma sát tốt,
giá thành không cao. Loại này gặp hầu hết ở các xe con hiện nay.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô

14
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
ở các hệ thống có đòn quay, các đòn phụ chỉ đảm nhận mối quan hệ dịch
chuyển hình học, lực tác dụng lên khớp nhỏ, do vậy được bố trí bạc bằng cao su.
Góc lắc của khớp cho phép là
±
7
0
.
(Hình 5.7) là loại khớp cầu không tự điều chỉnh độ rơ. Có thể dễ dàng phát
hiện khe hở trong các khớp nối của cơ cấu dẫn động lái bằng cách lắc mạnh đòn
quay đứng trong khi xoay tay lái và nắm tay vào các khớp kiểm tra. Nếu khe hở
vượt quá qui định, hãy khắc phục bằng cách vặn các nút có ren của khớp nối
tương ứng. Muốn vậy phải tháo chốt chẻ ở nút ra, vặn nút vào đến hết cữ rồi lại
nới ra đến khi mặt đầu của nút trùng với một lỗ lắp chốt chẻ.
b) Các
đòn
dẫn
động lái.
Các đòn dẫn động lái bao gồm hai dạng là dạng có kích thước cố định và
dạng có thể điều chỉnh được chiều dài. Hình dạng của các đòn này tùy thuộc vào
vị trí, kết cấu và khoảng không gian cho phép di chuyển. Phần lớn các đòn có
tiết diện tròn, rỗng.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
15
Hình4.8. Loại khớp cầu tự điều chỉnh độ rơ
1. Chốt cầu
2. Gối đỡ chốt cầu
3. Đai ốc điều chỉnh

4. Chốt chẻ
Hình 4.7. Loại khớp cầu không tự điều chỉnh độ rơ
4
3
2
1
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Trên các đòn cho phép điều chỉnh chiều dài, có hai đầu là khớp cầu có thể
được bôi trơn “vĩnh cửu”. ở loại thân đòn có thể điều chỉnh có hai đầu là ren,
chiều ren ngược nhau để khi điều chỉnh chỉ phải xoay thân và ốc. Các mối ghép
này cần xoa dầu, mỡ khi lắp để chống gỉ. ốc khóa có thể ở dạng bu lông kẹp
chặt, hoặc ốc hãm. Loại thân đòn có thể điều chỉnh một đầu thường thấy trên hệ
thống lái có thanh răng làm nhiệm vụ đòn ngang liên kết.
Các khớp cầu bắt với các đòn liên quan cần phải chặt, bởi vậy thường có cấu
trúc là mặt côn, và xiết chặt bằng êcu có khóa hãm hoặc chốt chẻ. Trong sử dụng
các êcu này cần thiết phải thường xuyên kiểm tra và vặn chặt.
c) Giảm chấn của hệ thống.
Để nâng cao chất lượng của xe, trên một số loại xe còn dùng giảm chấn cho
hệ thống lái. Giảm chấn này đặt song song giữa đòn dẫn động lái và cơ cấu lái.
Tác dụng của giảm chấn là dập tắt những xung lực từ mặt đường lên vành lái,
giữ yên vành lái khi đi trên đường xấu. Ngoài ra nhờ có giảm chấn của hệ thống
lái khi đi trên đường cong, lực bên có thể tăng đột ngột hoặc lực dọc ở hai bên
bánh xe khác nhau nhiều, sẽ không gây nên quay bánh xe đột ngột xung quanh
trụ đứng, như vậy tác dụng của giảm chấn ở đây như một thiết bị an toàn.
Cấu tạo của giảm chấn bao gồm: Vỏ giảm chấn nối với đòn dẫn động của hệ
thống lái. Trục giảm chấn cố định trên khung xe, trục giảm chấn có piston và
cụm van tiết lưu. Trên có cụm van bù, nhờ các lỗ thông ngang, nên buồng bù
bao gồm phần trên của khoang A nối với buồng cao su đàn hồi. Để bảo vệ
buồng cao su trên vỏ giảm chấn lắp một lớp vỏ thép bảo vệ.
Nguyên lý làm việc giống như các loại giảm chấn ống thủy lực của hệ thống

treo. ở đây do phải bố trí dập tắt dao động trên đòn ngang liên kết của hệ thống
lái nên giảm chấn đặt nằm ngang, buồng bù bằng cao su cho phép chứa đủ thể
tích cần piston khi đi sâu vào trong giảm chấn. Chất lỏng được nạp đầy, buồng
bù tự thay đổi thể tích. Giảm chấn làm việc với hiệu quả cao, giữ yên vành lái
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
16
Hình 4.9. Đòn ngang có hai khớp cầu bôi trơn vĩnh cửu
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
và tăng khả năng an toàn cho hệ thống lái. Tất nhiên khi làm việc lực đặt trên
vành lái lớn hơn khi không có giảm chấn.
Sự khác nhau của giảm chấn hệ thống lái với giảm chấn hệ thống treo là ở chỗ
yêu cầu về vị trí đặt ngang và chiều dài giảm chấn phải ngắn để dễ dàng bố trí
trên xe.
v. trợ lực lái
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cường độ lao động của
người lái, giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. ý nghĩa của tác dụng
này trên xe con không lớn lắm, tuy nhiên trên xe cao tốc cần thiết bố trí trợ lực
còn nhằm nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe ( nổ lốp, hết
khí nén trong lốp…) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái.
Xe con bố trí trợ lực lái dạng thủy lực với kết cấu gọn. Hệ thống trợ lực lái là
một hệ thống tự nhiên điều khiển, bởi vậy nó bao gồm: nguồn năng lượng
(NNL), van phân phối (VPP) và xilanh lực (XLL). Tùy thuộc vào việc sắp xếp
các bộ phận trên vào hệ thống lái có thể chia ra:VVP, XXL đặt chung trong cơ
cấu lái.
- VPP nằm trong cơ cấu lái, còn XLL nằm riêng.
- VPP, XLL đặt thành một cụm, tách biệt với cơ cấu lái.
- XLL nằm chung vơi cơ cấu lái, còn VPP nằm riêng.
- VPP, XLL, cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau.
5.1. Cấu tạo hệ thống bơm thủy lực.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô

17
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
a) Cấu tạo.
Thân bơm: Bơm được dẫn động bằng puly trục khủy động cơ và dây đai dẫn
động, và đưa dầu bị nén vào hộp số cơ cấu lái. Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc
độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào hộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ
một van điều khiển lưu lượng và lượng dầu thừa được đưa trở lại đầu hút của
bơm.
Bình chứa: Bình chứa cung cấp dầu trợ lực lái. Nó được lắp trực tiếp vào
thân bơm hoặc lắp tách biệt. Nếu không lắp với thân bơm thì sẽ được nối với
bơm bằng hai ống mềm. Thông thường, nắp bình chứa có một thước đo mức để
kiểm tra mức dầu. Nếu mức dầu trong bình chứa giảm dưới mức chuẩn thì bơm
sẽ hút không khí vào gây ra lỗi trong vận hành.
Van điều khiển lưu lượng: Điều chỉnh lượng dòng chảy dầu từ bơm tới hộp
cơ cấu lái, duy trì lưu lượng không đổi mà không phụ thuộc tốc độ bơm(v/ph).
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
18
Bộ lọc không khí
Đường ống nạp
Van điều khiển không khí
Bơm trợ lực lái
Hộp cơ cấu lái
1
2
3
4
5
Hình 5.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống bơm thủy lực
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Thiết bị bù không tải: Bơm tạo ra áp suất dầu tối đa khi vô lăng quay hết cỡ

sang phải hoặc sang trái. Lúc này phụ tải tối đa trên bơm làm giảm tốc độ không
tải của động cơ, thiết bị bù không tải nhằm tăng tốc độ không tải của động cơ
mỗi khi bơm phải chịu phụ tải nặng, khi áp suất dầu bơm tác động lên van điều
khiển không khí để kiểm soát lưu lượng không khí.
b) Nguyên lý hoạt động.
- Bơm trợ lực lái.
Rôto quay trong một vòng cam được gắn chắc với vỏ bơm. Rô to có các rãnh
để gắn các cánh bơm được gắn vào các rãnh đó. Chu vi vòng ngoài của rô to
hình tròn nhưng mặt trong của vòng cam hình ô van do vậy tồn tại một khe hở
này để tạo thành một buồng chứa dầu. Cánh bơm bị giữ sát vào bề mặt trong của
vòng cam bằng lực ly tâm và áp suất dầu tác động sau cánh bơm, hình thành một
phớt dầu ngăn rò rỉ áp suất từ giữa cánh gạt và vòng cam khi bơm tạo áp suất
dầu. Dung tích buồng dầu có thể tăng hoặc giảm khi rô to quay để vận hành
bơm. Khi xe quay vòng, vành lái di chuyển tạo khả năng quay cụm.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
19
1. Khoang chứa dầu.
2. Van cánh gạt.
3. Rôto.
4. Van giảm áp.
Hình 5.2. Cấu tạo bơm thủy lực loại cánh gạt
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
- Van điều khiển lưu lượng và ống điều khiển.
Lưu lượng của bơm trợ lực lái tăng theo tỷ lệ với tốc độ động cơ. Lượng dầu
trợ lái do piston của xy lanh trợ lực cung cấp lại do lượng dầu từ bơm quyết
định. Khi tốc độ bơm tăng thì người lái cần tác động ít lực đánh lái hơn. Nói
cách khác, yêu cầu về lực đánh lái thay đổi theo sự thay đổi tốc độ. Đây là điều
bất lợi nhìn từ góc độ ổn định lái. Do đó, việc duy trì lưu lượng dầu từ bơm
không đổi không phụ thuộc tốc độ xe là một yêu cầu cần thiết. Đó chính là chức
năng của van điều khiển lưu lượng. Thông thường, khi xe chạy ở tốc độ cao, sức

cản lốp xe thấp vì vậy đòi hỏi ít lực lái hơn. Do đó, với một số hệ thống lái có
trợ lực, có ít trợ lực hơn ở điều kiện tốc độ cao mà vẫn có thể đạt được lực lái
thích hợp.
ở tốc độ thấp (tốc độ bơm: 650-1250v/ph): áp suất xả P1 của bơm tác động
lên phía phải của van điều khiển lưu lượng và P2 tác động lên phía trái sau khi
đi qua các lỗ. Chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 lớn hơn khi tốc độ động cơ tăng.
Khi sự chênh lệch áp suất giữa P1 và P2 thắng sức căng của lò xo van điều
khiển lưu lượng thì van này sẽ dịch chuyển sang trái, mở đường chảy sang phía
cửa hút vì vậy dầu chảy về phía cửa hút. Lượng dầu tới hộp cơ cấu lái được duy
trì không đổi theo cách này.
ở tốc độ trung bình (tốc độ bơm: 1250-2500v/ph): áp suất xả của bơm P1
tác động lên phía trái của ống điều khiển. Khi tốc độ bơm trên 1250v/ph, áp suất
P1 thắng sức căng lò xo (B) và đẩy ống điều khiển sang phải do đó lượng dầu
qua các lỗ giảm gây ta việc giảm áp suất P2. Kết quả là chênh lệch áp suất giữa
P1 và P2 tăng. Theo đó van điều khiên lưu lượng dịch chuyển sang trái và đưa
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
20
1. Đầu nối với trụ lái.
2. Khối van điều khiển cổng đầu
ra.
3. Thanh xoắn.
4. Khối van điều khiển cổng đầu
vào.
Hình5.3. Van điều khiển lưu lượng
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
dầu về phía cửa hút giảm lượng dầu vào hộp cơ cấu lái. Nói cách khác khi ống
điều khiển chuyển sang phải, lượng dầu qua các lỗ giảm.
ở tốc độ cao( tốc độ bơm: trên 2500v/ph): Khi tốc độ bơm vượt 2500v/ph,
ống điều khiển tiếp tục bị đẩy sang phải, đóng một nửa các lôc tiết lưu. Lúc này,
áp suất P2 chỉ do lượng dầu qua các lỗ quyết định. Theo cách này lượng dầu tới

hộp cơ cấu lái được duy trì không đổi (trị số nhỏ).
Van an toàn:
Van an toàn đặt trong van điều khiển lưu lượng. Khi áp suất P2 vượt mức quy
định (khi quay hết cỡ vô lăng), van an toàn sẽ mở để giảm áp suất. Khi áp suất
P2 giảm thì. Van điều khiển lưu lượng bị đẩy sang trái và điều chỉnh áp suất tối
đa.
5.2. Hộp cơ cấu lái có trợ lực lái.
a) Mô tả.
Piston trong xi lanh trợ lực được đặt trên thanh răng, và thanh răng dịch
chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên piston theo cả hai
hướng. Một phớt dầu trên piston ngăn dầu rò rỉ ra ngoài. Trục van điều khiển
được nối với vô lăng. Khi vô lăng ở vị trí trung hòa (xe chạy thẳng) thì van điều
khiển cũng ở vị trí trung hòa do đó dầu từ bơm trợ lực lái không vào khoang nào
mà quay trở lại bình chứa. Tuy nhiên, khi vô lăng quay theo hướng nào đó thì
van điều khiển thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng.
Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van điều
khiển.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
21
1. Đường dầu
2. Vỏ van phân phối

3. Trụ lái
4. Thanh răng
5. Con trượt phân phối

6. Cơ cấu lái
A Đường dầu hồi
B Dầu từ bơm tới
Hình 5.4. Sơ đồ cấu tạo hộp cơ cấu lái có trợ lực

Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Hiện nay có 3 loại van điều khiển khác nhau để điều khiển sự chuyển đổi
đường dẫn đó là các van cuộn cảm, van quay và các van cánh. Tất cả các loại
van đó đều có một thanh xoắn nằm giữa trục van điều khiển và trục vít. Van
điều khiển vận hành theo mức độ xoắn của thanh xoắn.
b) Phân loại van điều khiển
Người ta bố trí van điều khiển trong hộp cơ cấu lái. Hộp cơ cấu lái có thể là
cơ cấu lái có trợ lực loại trục vít thanh răng hoặc cơ cấu lái có trợ lực loại bi
tuần hoàn. Van điều khiể là một trong ba loại: loại van quay, loại van ống hoặc
van cánh.
c) Cấu tạo
Van điều khiển trong hộp cơ cấu lái quyết định đưa dầu từ bơm trợ lực lái đi
vào buồng nào. Trục van điều khiển (trên đó tác động mô men vô lăng) và trục
vít được nối với nhau bằng một thanh xoắn.
Van quay và trục vít được cố định bằng một chốt và quay liền với nhau. Nếu
không có áp suất của bơm tác động, thanh xoắn sẽ ở trạng thái hoàn toàn xoắn
và trục van điều khiển và trục vít tiếp xúc với nhau ở cữ chặn và mô men của
trục van điều khiển trực tiếp tác động lên trục vít.
d) Nguyên lý hoạt động.
Chuyển động quay của trục van điều khiển van quay tạo nên một giới hạn
trong mạch thủy lực. Khi vô lăng quay sang phải áp suất bị hạn chế tại các lỗ X
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
22
Hình 5.5. Các loại van điều khiển
1. Loại van cánh 2. Loại van quay 3. Loại van ống
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
và Y. Khi vô lăng quay sang trái trục van điều khiển tạo giới hạn tại X’ và Y’.
Khi vô lăng xoay thì trục lái quay, làm xoay trục vít qua thanh xoắn. Ngược lại
với trục vít, vì thanh xoắn xoắn tỷ lệ với lực bề mặt đường, trục van điều khiển
chỉ quay theo mức độ xoắn và chuyển động sang trái hoặc sang phải. Do vậy

tạo các lỗ X và Y (hoặc X` và Y`) và tạo sự chênh lệch áp suất thủy lực giữa
các buống xi lanh trái và phải.
Bằng cách này, tốc độ quay của trục van điều khiển trực tiếp làm thay đổi
đường đi của dầu và điều chỉnh áp suất dầu. Dầu từ bơm trợ lực lái sẽ vào vòng
ngoài của van quay và dầu chảy về bình chứa qua khoảng giữa thanh xoắn và
trục van điều khiển.
- Tay lái ở vị trí trung gian.
Khi trục van điều khiển không quay nó sẽ nằm ở vị trí trung gian so với van
quay. Dầu do bơm cung cấp quay trở lại bình chứa qua cổng ‘D’ và buồng ‘D’.
Các buồng trái và phải của xilanh bị nén nhẹ nhưng do không có sự chênh lệch
áp suất nên không có trợ lực lái.
- Tay lái quay sang phải.
Thanh xoắn bị xoắn và trục van điều khiển theo đó quay sang phải. Các lỗ X
và Y hạn chế dầu từ bơm để ngăn dòng chảy vào các cổng ‘C’ và cổng ‘D’. Kết
quả là dầu chảy từ cổng ‘B’ tới ống nối ‘B’ và sau đó tới buống xi lanh phải, làm
thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xi
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
23
Hình 5.6. Sơ đồ hoạt động của van điều khiển
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
lanh trái chảy về bình chứa qua ống nối ‘C’ -> cổng ‘C’ -> cổng ‘D’ -> buồng
‘D’.
- Khi tay lái quay sang trái.
Cũng giống như quay vòng sang phải, khi xe quay vòng sang trái thanh xoắn
bị xoắn và trục điều khiển cũng quay sang trái.
Các lỗ X` và Y` hạn chế dầu từ bơm để chặn dòng chảy từ cổng ‘C’ tới ống
nối ‘C’ và sau đó tới buồng xilanh trái làm thanh răng dịch chuyển sang phải và
tạo lực trợ lái. Lúc này, dầu trong buồng xilanh phải chảy về bình chứa qua ống
nối ‘B’ -> cổng ‘B’ -> cổng ‘D’ -> buồng ‘D’.
5.3. Trợ lái phi tuyến tính mới.

PPS loại mới (trợ lái phi tuyến tính) làm thay đổi lực vận hành vô lăng phù
hợp với tốc độ xe. ở tốc độ chạy chậm lực đánh lái nhẹ hơn và ở tốc độ cao lực
lái nặng hơn.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
24
Hình 5.7. Sơ đồ hệ thống trợ lái phi tuyến tính
Khoa cơ khí động lực _ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên
Hoạt động: Trợ lái phi tuyến tính loại phản ứng thủy lực sử dụng một thanh
xoắn mỏng hơn thanh xoắn trong trợ lái thông thường để giảm lực lái cần thiết
khi lái tại chỗ hoặc chạy ở tốc độ chậm. Tuy nhiên, điều này làm lực lái cần thiết
trở nên quá nhỏ (vô lăng quá “nhẹ”) khi xe tăng tốc.
Để ngăn chặn điều này, lực lái yêu cầu được tăng lên giống như khi có thanh
xoắn dầy hơn, bằng cách bố trí một buồng phản ứng thủy lực để loại bỏ chuyển
động quay của trục van điều khiển (trong hộp van điều khiển ) nhờ 04 piston
thủy lực. áp suất thủy lực trong buồng phản ứng thủy lực sẽ thấp khi tốc độ xe
chậm và cao khi xe chạy nhanh.
5.4. Hệ thống lái điểu khiển bằng điện tử (EPS)
EPS (trợ lực lái bằng điện) tạo mô men trợ lực nhờ mô tơ vận hành lái giảm
trợ lực đánh lái. Trợ lái thủy lực sử dụng công suất động cơ để tạo áp suất thủy
lực và tạo mômen trợ lực. Do EPS dùng mô tơ nên không cần công suất động cơ
và làm cho việc tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn.
Tiểu Luận: Cấu Tạo Ô Tô
25
Hình 5.8. Hệ thống trợ lực lái bằng điện
1. Cảm biến mômen. 2. Mô tơ điện một chiều. 3. EPS ECU. 4. Đồng hồ táp lô. 5. Cơ
cấu giảm tốc. 6. Rơ le. 7. ECU động cơ. 8. Bộ chấp hành ABS và ECU ABS.
1
2
3
4

5
6
7
8