NGHIÊN cứu THIẾT kế hệ THỐNG lái TRÊN XE SINH THÁI TIẾT KIỆM NHIÊN LIỆU

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
Vũ Xuân Trường
1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN :
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên phản biện

MỤC LỤC
2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1
DANH MỤC BẢNG, BIỂU 5

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5
LỜI NÓI ĐẦU 7
Phần I: MỞ ĐẦU 8
Tính cấp thiết của đề tài 8
Ý nghĩa của đề tài 8
Mục tiêu của đề tài 8
Nội dung nghiên cứu 8
Phương pháp nghiên cứu và cải tiến 9
Phần II: NỘI DUNG 10
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 11
1.1 Mô tả chung hệ thống lái 11
1.1.1. Tổng quan hệ thống lái 11
1.1.2. Các trạng thái quay vòng của xe. 11
1.1.3. Phân loại hệ thống lái 12
1.1.4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô 12
1.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô 13
1.2.1. Vành lái. 13
1.2.2. Trục lái. 14
1.2.3. Cơ cấu lái 15
1.2.4. Dẫn động lái 18
1.2.5. Các góc đặt bánh xe 21
1.2.6. Hệ thống lái có trợ lực 26
Chương 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE SINH THÁI 29
2.1. Lựa chọn góc đặt bánh xe 29
2.1.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber) 29
2.1.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster) 29
2.1.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin) 29
2.1.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng) 29
2.2. Tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu 31
2.2.1 . Các thông số trên xe thiết kế. 31

2.2.2. Lựa chọn phương án thiết kế 32
2.2.3. Tính toán động học hình thang lái 33
Chương 3: KIỂM TRA BỀN MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG LÁI 39
3
3.1. Xác định mômen cản quay vòng 39
3.2. Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái 40
3.3. Kiểm tra bền trục lái 41
3.4. Kiểm tra bền đòn quay đứng. 42
3.4.1. Kiểm tra bền đòn quay đứng theo uốn 44
3.4.2. Kiểm tra bền đòn quay đứng theo xoắn 44
3.5.Kiểm tra bền các thanh kéo 45
3.5.1 Kiểm tra bền đòn kéo ngang 47
3.5.2 Kiểm tra bền đòn kéo dọc 48
3.6. Kiểm tra bền đòn bên 48
3.7. Kiểm tra bền rôtuyn 50
3.7.1 Kiểm tra ứng suất chèn dập tại bề mặt làm việc của khớp cầu Error: Reference
source not found
3.7.2 Kiểm tra theo độ bền uốn Error: Reference source not found
3.7.3 Kiểm tra theo độ bền cắt . 52
3.8. Kiểm tra bền cam quay 52
3.9. Tính bền trụ đứng 56
3.9.1. Kiểm nghiệm độ bền uốn của trụ đứng 56
3.9.2. Kiểm nghiệm bền xoắn của lõi trụ đứng 57
BẢO DƯỠNG, HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE SINH THÁI 58
KẾT LUẬN 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
PHỤ LỤC 1: Thành tích của đội trong cuộc thi lái xe sinh thái – tiết kiệm nhiên liệu
Honda 62
PHỤ LỤC 2: Một số hình ảnh trong cuộc thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
Honda 2013 64

4
DANH MỤC BẢNG, BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
5
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển không ngừng nghỉ của nền công nghiệp thế giới, đã làm
cho lượng khoáng sản hóa thạch ngày càng cạn kiệt. Đi cùng với đó, lượng nhiên liệu
cung cấp cho các ngành công nghiệp, đặc biệt là nhiên liệu cung cấp cho ngành ô tô-
xe máy đang giảm đi trông thấy. Điều đó khiến cho giá cả của nhiên liệu mỗi lúc một
leo thang không chỉ ở trên thế giới nói chung, còn ở Việt Nam nói riêng. Với tình
hình đó đã đặt ra một bài toán,làm thế nào để giảm tối đa lượng nhiên liệu cần thiết
cho quá trình sử dụng.
Từ đó Honda đã tổ chức “Cuộc thi Lái xe sinh thái Tiết kiệm nhiên liệu” là sân
chơi nơi những người tham gia sử dụng những ý tưởng và kỹ thuật cho động cơ xe
máy Honda nhằm cạnh tranh về hiệu suất tiêu hao nhiên liệu với thử thách “Bạn có
thể đi được bao nhiêu km chỉ với 1 lít xăng ?”
Cuộc thi đã tạo ra cơ hội quý báu cho các bạn trẻ tư duy sáng tạo về kỹ thuật,
công nghệ, đưa các ý tưởng này vào thực tế, và góp một phần không nhỏ vào việc đẩy
mạnh phong trào tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường sống, qua đó thể hiện sự
quan tâm của Honda vào quá trình phát triển các giá trị bền vững cho thế hệ tương lai.
Thông qua đó, em đã được khoa giao cho đồ án tốt nghiệp:
“Nghiên cứu, thiết kế Hệ thống lái trên xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu”
Trong quá trình thực hiện đồ án do trình độ và hiểu biết còn hạn chế nhưng được
sự chỉ bảo của các thầy cô trong khoa cùng sự giúp đỡ của bạn bè cùng lớp và đặc
biệt là thầy hướng dẫn Vũ Xuân Trường đến nay đồ án của em đã hoàn thành. Trong
quá trình làm còn nhiều thiếu xót mong các thầy cô trong khoa chỉ bảo thêm để đồ án
của em được hoàn thiện hơn .
Em xin chân thành cảm ơn !
Hưng Yên , ngày tháng năm 2013
Sinh viên thực hiện

Đỗ Quốc Sử
6

MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
Trong tình trạng phát triển không ngừng nghỉ của nền công nghiệp hiện nay, đã
làm cho sản lượng khoáng sản ngày càng cạn kiệt. Theo thống kê của các nhà nghiên
cứu trên thế giới: lượng dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 60-80% cán cân năng
lượng thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiên nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn
năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong vòng 40-50 năm nữa. Diễn biến
phức tạp của giá xăng dầu gần đây do nhu cầu dầu thô ngày càng lớn và những bất ổn
chính trị tại những nước sản suất dầu mỏ. Để đối phó tình hình đó, cần đặt ra bài toán
làm thế nào để giảm thiểu tối đa lượng tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng.
Với tình hình như vậy, công việc nghiên cứu và cải tiến làm sao cho động cơ
hoạt động một cách hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu nhất là vô cùng phức tạp và khó
khăn. Vì vậy, đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trình độ hiểu biết, học hỏi sáng tạo
để bắt kịp với khoa học tiên tiến hiện đại, nắm bắt được những thay đổi về đặc tính kĩ
thuật của từng loại xe, dòng xe, đời xe… để có thể nghiên cứu sâu sắc nhất và đưa ra
các phương án cải tiến tối ưu nhất để làm giảm lượng tiêu hao nhiên liệu cho động cơ
được hiệu quả cao nhất.
• Ý nghĩa của đề tài
-Nâng cao tư duy sáng tạo về kỹ thuật, công nghệ, đưa các ý tưởng này vào thực
tế, và góp một phần không nhỏ vào việc đẩy mạnh phong trào tiết kiệm năng lượng và
bảo vệ môi trường sống.
-Nâng cao khả năng làm việc theo nhóm, phát huy tinh thần đồng đội ở mức cao
nhất kết hợp làm việc độc lập.
-Đề tài giúp sinh viên củng cố, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành
trong học tập cũng như ngoài thực tế xã hội.
- Đề tài giúp em sau này ra trường có thêm nhiều kiến thức và tăng khả năng tư

duy, nghiên cứu vận dụng vào thực tế.
• Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu hệ thống lái cho xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
- Đưa ra những phương án thiết kế lái cho xe tự chế đảm tính ổn định khi xe
chuyển động và đáp ứng yêu cầu cuộc thi.
- Làm tài liệu phục vụ nghiên cứu sau này
• Nội dung nghiên cứu
7
- Phân tích đặc điểm, kết cấu, điều kiện chịu lực của hệ thống lái cho xe sinh thái
tiết kiệm nhiên liệu
• Phương pháp nghiên cứu và cải tiến
- Phương pháp nghiên cứu và cải tiến thực tiễn
* Trong phương pháp này chúng ta phải có các bước sau :
+ Bước 1: Quan sát, tìm hiểu các thông số kết cấu của hệ thống lái cho xe tự
chế tiết kiệm nhiên liệu
+ Bước 2: Đưa ra các phương án cải tiến và thử nghiệm
+ Bước 3: Từ kết quả thử nghiệm chọn được các phương án tối ưu nhất để cải
tiến sử dụng trên xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu.
- Phương pháp nghiên cứu và cải tiến dựa trên tài liệu
+ Phương pháp được thực hiện khi chúng ta đã thu thập một số lượng tài liệu
tham khảo cũng như những đề tài có liên quan và được thực hiện trước đó.
* Mục đích : Nghiên cứu, tham khảo, tìm hiểu các thông tin khoa học trên cơ sở
nghiên cứu các văn bản, tài liệu, sách báo đã có sẵn bằng tư duy logic để rút ra kết
luận cần thiết .
* Phân loại tài liệu nghiên cứu:
- Tài liệu sơ cấp: Là tài liệu mà người nghiên cứu thu thập, phỏng vấn trực
tiếp, thu thập số liệu và tài liệu nghiên cứu chưa qua phân tích, thảo luận .
- Tài liệu thứ cấp: Là tài liệu có nguồn gốc từ tài liệu sơ cấp đã được phân tích,
thảo luận và diễn giải như: Sách giáo khoa, báo chí và các giáo trình… Các tài liệu
này đã được giải thích và phân tích dựa trên thực tiễn và lý thuyết qua những lần thi

trước do Honda tổ chức
* Các bước thực hiện:
- Bước 1: Thu thập tìm tòi các tài liệu viết về hệ thống lái và treo cho xe sinh
thái tiết kiệm nhiên liệu.
- Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống logic,chặt chẽ theo
từng bước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất
định.
- Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về hệ thống lái cho xe
tự chế tiết kiệm nhiên liệu, dựa trên các kiến thức đã được học trong trường và kiến
thức từ thực tế: Phân tích kết cấu một cách khoa học .
- Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích và nghiên cứu được, hệ thống hóa lại
những kiến thức đã nắm được để thiết kế chế tạo hệ thống lái cho xe tự chế tham dự
cuộc thi xe tiết kiệm nhiên do hãng Honda tổ chức.
8
- Phương pháp thống kê mô tả
Là phương pháp tổng hợp kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu để đưa ra
kết quả chính xác và khoa học.
* Các bước thực hiện:
- Bước 1:Thống kê ra các bộ phận cấu tạo nên hệ thống treo và lái cho xe tự
chế tiết kiệm nhiên liệu một cách chi tiết sau đó mô tả kết cấu của từng bộ phận đó.
- Bước 2: Phân tích và giải thích kết cấu từng bộ phận trong hệ treo và lái cho
xe tự chế tiết kiệm nhiên liệu từ đó rút ra trình tự thiết kế chế tạo.
9
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1 Mô tả chung hệ thống lái
1.1.1. Tổng quan hệ thống lái
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.
1.1.2. 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).
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 .
1.1.3. Phân loại hệ thống lái
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
1.1.3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
10
+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
1.1.3.2. 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.
1.1.3.3. 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.
1.1.3.4. Phân loại theo cách bố trí vành lái
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
1.1.4. 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
 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 thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
11
1.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô
Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1. Vành lái 6. Hình thang lái
2. Trục lái 7. Đòn quay ngang
3. Cơ cấu lái 8. Trụ xoay đứng
4. Đòn quay đứng 9. Bánh xe
5. Đòn kéo dọc
1.2.1. 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
(1.1)

Trong đó:

M
vl
: Là mô men vành lái
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
.
12
1.2.2. Trục lái
Trục lái có nhiệm truyền mômen 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 .
1.2.3. 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 .
1.2.3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quayđược cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
+ 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 …
13
1.2.3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái là tỷ số giữa
góc quay của bánh lái và góc quay của đòn
quay đứng.
ω
θ
: góc quay bánh lái

ω
Ω
: góc quay đòn quay đứng
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen 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.
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:
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 ic 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.
1.2.3.3. 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 thay đổi.
Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 ÷ 1,2
1.2.3.4. 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.

14
180360
540

720 180 360
540
720
5
10
15
20
25
Hình 1.2: Quy luật thay đổi tỷ số
truyền i
c
của cơ cấu lái
c
d
i
d
θ
ωθ
ω
Ω
= =
Ω
(1.2)
, (1.3)
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.
- mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái.

Như vậy ta có:
(1.4)
Bán kính vành tay lái ở đa số ô tô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỷ số truyền góc
ig không vượt quá 25 vì vậy không được lớn quá, hiện nay chọn trong khoảng từ
10 ÷ 30.
1.2.3.5. 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.
1.2.3.6. 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 xẽ 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.
1.2.3.7. Một số loại cơ cấu lái thường dùng
a) Cơ cấu lái trục vít chốt quay
15
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.
Hình 1.3: Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Ưu điểm:
Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho
trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ
cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi
vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt

quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
b) Cơ cấu lái trục vít con lăn
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.
Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít con lăn
16
c) Cơ cấu lái trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít 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.
Hình 1.5- Cơ cấu lái kiểu trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
1. Vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2. ổ bi dưới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ôc hãm
4. Êcu bi 9. Bánh răng rẻ quạt
5. Ổ bi trên 10.Bi
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).
1.2.4. 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.
17
10

9
8
3
2
1 7
6
5
4
+ 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.
1.2.4.1. Quan hệ hình học ACKERMAN
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 .
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
− =
(1.5)

Trong đó :
L : chiều dài cơ sở của xe.
B
0
: 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
Để đảm bảo điểu kiện (1), 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
18
B
L
O











α
β
β
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
DÇm cÇu liÒn
§ßn kÐo ngang
v
b)
a)
v
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 1.8:
Hình1.8- 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.
19
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong
khoảng từ 0,85 đến 1,1.
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. 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).
1.2.5.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm
của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc Camber, và đo bằng độ.
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.
a) Camber dương
Camber dương có các tác dụng như sau:
- Giảm tải theo phương thẳng đứng (hình 1.10)
Nếu camber bằng 0, phản lực tác dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường
tâm lốp và trục, ký hiệu lực F' trên hình vẽ. Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong.
20
c
θ
Hình 1.9 - Góc Camber

Việc đặt camber dương sẽ làm phản lực tác dụng vào phía trong của trục, lực F trên
hình vẽ, sẽ giảm mô men tác dụng lên trục bánh xe và cam quay.
- Ngăn cản sự tuột bánh xe (hình 1.10b)
Phản lực F từ đường tác dụng lên bánh xe có thể chuyển về trục bánh xe. Lực
này được phân thành hai lực thành phần:
Lực F1 vuông góc với trục bánh xe; lực F2 song song với trục bánh xe. Lực F2
có xu hướng đẩy bánh xe vào trong ngăn cản bánh xe tuột ra khỏi trục. Vì vậy thường
ổ bi trong được chọn lớn hơn ổ bi ngoài để chịu tải trọng này.
Hình 1.10 . Góc Camber dương
- Giảm mô men cản quay vòng
Khi quay vòng bánh xe dẫn hướng sẽ quay quanh tâm là giao điểm của đường
trục trụ quay đứng kéo dài với mặt đường. Khi bố trí góc camber dương thì khoảng
cách giữa tâm bánh xe với tâm quay sẽ nhỏ nên giảm mô men cản quay vòng.
b) Camber bằng 0
Lý do chính đặt camber 0 là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp. Nếu bánh xe
được đặt camber dương, phía ngoài lốp sẽ quay với bán kính nhỏ hơn phía trong (hình
1.11b). Do vậy tốc độ dài của lốp tại khu vực tiếp xúc với mặt đường ở phía trong sẽ
lớn hơn ở phía ngoài, nên phía ngoài sẽ bị trượt trên mặt đường và sẽ bị mòn nhiều
hơn. Nếu camber bằng 0 thì hiện tượng trên sẽ được khắc phục. Đối với trường hợp
camber âm (hình 1.11c) cũng được giải thích tương tự.
21
Hình 1.11: Góc Camber bằng 0
c) Camber âm
Ở ôtô có camber dương, khi ôtô quay vòng xuất hiện lực ly tâm, có xu hướng làm
camber dương tăng thêm nên biến dạng chung của cả lốp và hệ thống treo tăng làm
thân ôtô nghiêng nhiều hơn.
Đối với ôtô có camber âm, khi ôtô quay vòng xuất hiện lực ly tâm, lực ly tâm
này có xu hướng làm giảm camber âm và bánh xe có thể trở về trạng thái Camber 0
hoặc dương. Vì vậy giảm sự biến dạng của bánh xe và hệ thống treo nên thân ôtô bị
nghiêng ít hơn.

1.2.5.2.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 c.
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, mô men đó được xác định bằng công thức sau:
M=Y
b
.c
22
Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.
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
.

1.2.5.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)
Hình 1.13: Góc Kingpin
a, Góc kingpin ở hệ thống treo Macpherson;
b, Góc kingpin ở hệ thống treo phụ thuộc;
c, Góc kingpin ở hệ thống treo độc lập hai đòn ngang.
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.
23
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) .
Khi quay vòng, mô men cản tạo ra tại bánh dẫn hướng bằng tích số của lực cản
đặt tại tâm vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường với độ lệch tâm. Nếu góc Camber
bằng 0 và góc Kingpin cũng bằng 0 (hình 1.14a) thì khoảng lệch này là lớn nên mô
men cản quay vòng cũng lớn. Để giảm mô men cản quay vòng người ta giảm độ lệch
bằng cách tạo góc Camber dương của bánh xe và tạo góc kingpin của trụ quay đứng
(hình 1.14b). Do có hai góc này nên độ lệch tâm rất nhỏ vì vậy mô men cản quay vòng
giảm đáng kể.
Hình 1.14: Góc Kingpin làm giảm mô men cản quay vòng

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 là
mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ
thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
1.2.5.4. 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.
24
Hình 1.15: Độ chụm của bánh xe
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.
Hình 1.16 - 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.
1.2.6. Hệ thống lái có trợ lực
1.2.6.1. 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.
25