Thiết kế tính toán hệ thống lái xe tải 3 tấn

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ngành công nghiệp ô tô ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ và ngày
càng khẳng định vai trò to lớn của mình trong các ngành công nghiệp trọng
điểm của quốc gia. Nhận thấy tiềm năng của công nghiệp ô tô nên nước ta đã
chủ động mở cửa cho các nhà đầu tư nước ngoài xây dựng các nhà máy lắp
ráp cũng như sản xuất linh kiện ô tô trong nước góp phần giải quyết vấn đề
nhân lực cũng như thúc đẩy kinh tế, đóng góp không nhỏ vào nguồn thu của
chính phủ. Với tốc độ phát triển mạnh mẽ như vậy càng đòi hỏi nguồn nhân
lực trong ngành công nghiệp ô tô cần phải có trình độ và chuyên môn cao.
Điều đó đang được thể hiện bằng việc ra đời rất nhiều trung tâm chuyên
nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế tính toán, mô phỏng lắp ráp ô tô…
Trong các trường đại học việc khuyến khích sinh viên nghiên cứu các công
nghệ mới trên ô tô hiện đại cũng đang được sinh viên nhiệt tình tham gia.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Hệ
thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, nó đảm bảo
tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn
hướng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến
an toàn của người sử dụng, đặc biệt với các loại xe hiện đại có tốc độ cao. Do
đó người ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.
Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường đại học hàng đầu của
cả nước, việc tìm hiểu ứng dụng các công nghệ tiên tiến trên thế giới để áp
dụng vào thực tế nước ta cần phải được chú trọng đặc biệt. Bởi vậy chúng em
1
đã được giao nhiệm vụ “Thiết kế tính toán hệ thống lái xe tải 3 tấn”. Với
hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính năng an toàn
chuyển động và giúp cho người lái giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề còn khá mới mẻ
đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu tìm hiểu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng
nhưng với hiểu biết cũng như thời gian tìm hiểu hạn chế nên đồ án của em
không tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa được đề cập tới. Em

mong các thầy và các bạn góp ý để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Qua đó
cũng mở ra một hướng nghiên cứu mới đối với thiết kế tính toán các hệ thống
trên ô tô song song với tính toán thiết kế truyền thống.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy: Dương Ngọc Khánh đã tận tình
chỉ bảo để em có thể hoàn thành đồ án này. Và em cũng xin chân thành cảm
ơn các thầy trong bộ môn ô tô và xe chuyên dụng - Viện cơ khí động lực-
trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cùng toàn thể các bạn đã giúp đỡ em
trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 1 tháng 6 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Tùng
2
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
1. Mô tả chung hệ thống lái
1.1. Tổng quan
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô nhờ quay
vòng các bánh xe dẫn hướng cũng như để giữ phương chuyển động thẳng hay
chuyển động cong của ôtô khi cần thiết .
Việc điều khiển hướng chuyển động của xe được thực hiện như sau: vành lái
tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền
mômen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới
các thanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu
lái đến các bánh xe dẫn hướng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe
và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng
thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh
xe. Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm
quay tức thời khi quay vòng.
1.2. Các trạng thái quay vòng của xe

Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá
trình phức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng
với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định θ
vl
xe sẽ quay vòng với một
bán kính quay vòng R
0
tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh
(quay vòng đủ).
3
Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay
vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái
quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ
chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R
0
người lái
phải tăng góc quay vành lái một lượng θ
vl
. Khi quay vòng thừa, để thực hiện
quay vòng xe theo bán kính R
0
người lái phải giảm góc quay vành lái một
lượng θ
vl
.
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm,
làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm
(vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). Ở
những trạng thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề

chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vòng và
tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn.
Rqv
O
O1
Tr¹ng th¸i quay vßng
thiªu: Rqv>Ro
Ro

O1
O
Ro
Rqv
Tr¹ng th¸i quay vßng
thõa: Rqv<Ro
Hình 1.1: Các trạng thái quay vòng của xe.
1.3. Phân loại hệ thống lái
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
4
1.3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
1.3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực
+ Hệ thống lái cơ khí.
+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.
1.3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.
+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi.
+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
1.3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái.

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
1.4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động
của ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay
vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất
bé.
- Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với
người lái.
- Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt
lết khi quay vòng.
- Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo 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 vành lái.
5
- Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo
trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
- Giữ chuyển động thẳng ổn định.
- Hệ thống lái phải bố trí thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.
Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản
1. Vành lái
2. Trục lái
3. Cơ cấu lái
4. Khung xe
5. Các cơ cấu dẫn động
2.1. Vành lái.
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô

men quay để hệ thống lái làm việc. Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của
lực người lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái.
M
vl
=P
l
.r
vl
Trong đó:
M
vl
: Là mô men vành lái
6
P
l
: Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
r
vl
: Là bán kính vành lái
Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không
được vượt quá 8
0
.
2.2. Trục lái.
Trục lái có nhiệm truyền mô men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục
lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ
cấu lái và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một
cơ cấu hấp thụ va đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái
khi có va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và

loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu
điều khiển như : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái
để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người
lái, hệ thống trượt trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và
đạt được vị trí ngồi lái tốt nhất cho người lái.
2.3. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến
các bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20
đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải.
2.3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
- Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của
xe.
7
- Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn
hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ
cấu lái.
- Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.
- Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.
- Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
- Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
- Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ măt
đường lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng
ít, nhưng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của
xe. Độ đàn hồi của hệ thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi
tính trên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ
thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các phần tử như cơ cấu lái, các đòn
dẫn động …

2.3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái i
c
là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của
đòn quay đứng.
c
d
i
d
θ
θ ω
ω
Ω
= =
Ω
θ
ω
: góc quay bánh lái
ω
Ω
: góc quay đòn quay đứng
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mô men từ vành lái đến các bánh xe
dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay
vô lăng nhiều hơn khi quay vòng.
8
180
360
540
720 180
360

540
720
5
10
15
20
25
Hình 1.2: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay
của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa từ 35
0
đến 45
0
từ vị trí trung
gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên
giản đồ bên dưới
Trong phạm vi góc quay θ ≤ π/2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực
đại đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng với tốc độ cao
và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ
quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay
đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn
hướng lên vành lái.
Khi θ > π/2 thì i
c
giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như không
thay đổi. ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay
một góc lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn.
2.3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái i
d
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.

Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ
9
thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay i
d
thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 ÷
1,2
2.3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i
l
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực
đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.
c
l
l
p
i
p
=
c l
c l
M M
p p
c r
= =
Trong đó:
Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp
đến đường trục đứng kéo dài.
M
l
- mômen lái đặt trên vành lái.

r - bán kính vành tay lái.
Như vậy ta có:
.
c
l
l
M r
i
c M
=
Bán kính vành tay lái ở đa số ôtô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỷ số truyền
góc i
g
không vượt quá 25 vì vậy i
l
không được lớn quá, i
l
hiện nay chọn trong
khoảng từ 10 ÷ 30.
10
2.3.5. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu
suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải
hiệu suất thuận cao.
2.3.6. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục
lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống
chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu
bởi ma sát trong cơ cấu lái. Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp
quá vì khi đó bánh lái sẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng

của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã
quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đường tác dụng lên hệ
thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu
suất nghịch nhất định.
2.3.7. Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
a. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Hình 1.3: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
- Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.
11
Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít con lăn
A
A
A-A
B
Nh×n theo B
11
21
31
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho
trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ
cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành
lái ra khỏi vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn
của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
b. Cơ cấu lái trục vít con lăn
12
1000
9

8
3
2
1 7
6
5
4
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít
glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi kim của trục
3 của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể
là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.
c. Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.

Hình 1.5: Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
1. Vỏ cơ cấu lái 5. Ổ bi trên 8. Đai ốc hãm
2. Ổ bi dưới 6. Phớt 9. Bánh răng rẻ quạt
3.Trục vít 7. Đai ốc điều chỉnh 10. Bi
4. Êcu bi
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có
rãnh tròn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi
theo đường hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này
làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi
bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động
làm quay bánh xe dẫn hướng.
13
Cơ cấu lái kiểu trục vít - êcu bi – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ, ma sát
giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).
2.4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của

bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
- Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
- Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra
hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết
giữa các bánh xe dẫn hướng.
- Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn
kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng
một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình
thang lái có thể bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí
chung.
Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe
dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên
đường kéo dài của tâm trục cầu sau.
14











α
β
Hình 1.6: Quan hệ hình học của ACKERMAN
Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu)
phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định

theo biểu thức sau:

B
cotg cotg
L
β α
− =
Trong đó :
L: chiều dài cơ sở của xe.
B: khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt
phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường.
α, β: Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài
15
Để đảm bảo điểu kiện trên, trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là
hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện
trên, song do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng
loại xe, có kích thước và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong
quan hệ hình học của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN
chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hướng lớn. Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ
0
0
30
’
đến 1
0
khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp.
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái
Đantô như sau:
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các
bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái).

Các đòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng.
Hình 1.7: Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền
a. Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền.
b. Đòn kéo ngang nằm trước dầm cầu.
Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo
các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ
cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo, nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học
ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô. Hai phương pháp bố trí
dẫn động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập được trình bày theo hình dưới:
16
Hình 1.8: Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.
b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.
Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn
hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô.
17
Hình 1.9: Bố trí hai cầu trước dẫn hướng
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong
khoảng từ 0,85 đến 1,1.
2.5. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe
ở trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay
vòng xe, các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định. Những góc
này được gọi chung là góc đặt bánh xe. Nếu các góc đặt bánh xe không đúng
thì có thể dẫn đến các hiện tượng sau:
- Khó lái.
- Tính ổn định lái kém.
- Trả lái trên đường vòng kém.
- Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh).

2.5.1.Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).
Hình 1.10: Góc Camber
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường
tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng độ.
18
Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại
dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi
tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn của
phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn
động lái và giảm lực lên vành tay lái.
Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe
nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các
bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông
góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo
độc lập thì góc Camber thường âm.
2.5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng
Caster).
Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay
đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Khoảng cách từ giao điểm
của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm vùng tiếp xúc giữa lốp
và mặt đường được gọi là khoảng Caster.
19
Hình 1.11: Caster và khoảng Caster
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe
vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi
xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ
xuất hiện các phản lực bên Y
b
.
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều

tiến của xe (Caster dương) thì phản lực bên Y
b
của đường sẽ tạo với tâm tiếp
xúc một mô men ổn định, mômen đó được xác định bằng công thức sau:
M=Y
b
.c
Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó
bị lệch khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để
khắc phục mô men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen này
phụ thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại
thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 0
0
đến 3
0
.
20
2.5.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe.
Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt
cắt ngang đó và phương thẳng đứng.
Hình 1.12: Góc Kingpin
Tác dụng:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là
bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r
0
. Nếu r
0
lớn sẽ sinh ra mô
men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh

lái. Do vậy giá trị của r
0
có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp
để giảm r
0
là tạo Camber dương và làm nghiêng trụ quay đứng (tạo góc
KingPin).
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự
động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômen phản lực (gọi
21
là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen
ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
2.5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng)
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau
thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại là độ mở.
Độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước B, A được đo ở
mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ chụm có
ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái.
Hình 1.13: Độ chụm
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P
f
ngược chiều
chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P
f
này đặt
cách trụ quay đứng một đoạn R
0
và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay
đứng. Mômen này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để
lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm

∆
= B-A dương.
Với góc
∆
như thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định
vành tay lái.
22
Hình 1.14: Lực cản lăn và vị trí đặt của nó
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về
phía trước. Bởi vậy góc
∆
giảm.Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng
của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột
(phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt
∆
có giá trị nhỏ hơn
hoặc bằng không.
2.6. Hệ thống lái có trợ lực
2.6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người
lái. Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động
khi xe có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái.
Ngoài ra để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều
dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đường. Kết
quả là cần một lực lái lớn hơn.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải
có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.
2.6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái
Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến.

23
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh.
Dựa vào vị trí của van phân phối và xy lanh lực:
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ
cấu lái.
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn
kéo.
Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân
phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm
cánh gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
2.6.3. Nguyên lý trợ lực lái
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ
lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm
trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng. Mức
độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy
nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.
a. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng)
Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả
dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên
phải piston là như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào.
24
Bơm
Khối van điều khiển
Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian
Xylanh lực
b. Khi quay vòng
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van
điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng
hơn. Vì vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu

được tạo ra. Như vậy tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải
của piston. Sự trênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất
thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển về bơm.
25