Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
MỞ ĐẦU
Hệ thống lái là một hệ thống quan trọng đảm bảo tính năng dẫn hướng khi xe chuyển
động trên đường, giúp người vận hành điều khiển xe theo ý muốn. Vì vậy để thuận
tiện cho người vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi hệ thống lái trên ôtô phải
đảm bảo tính năng an toàn cao. Việc quay vòng hay chuyển hướng của ôtô khi gặp các
chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống lái làm việc thật chuẩn xác.
Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng sửa
chữa. Muốn làm tốt việc đó thì người cán bộ kỹ thuật cần phải nắm vững kết cấu và
nguyên lí làm việc của các bộ phận của hệ thống lái.
Đề tài: Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô Hyundai Elantra
2010 mong muốn đáp ứng một phần nào mục đích đó. Nội dung của đề tài đề cập đến
các vấn đề sau:
- Khảo sát hệ thống lái.
+ Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái.
+ Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo.
- Tính toán nghiệm
+ Xác định mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng.
+ Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng.
+ Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái.
+ Tính toán kiểm tra hình thang lái
- Chẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa.
Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiên cứu kết
cấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu chung của các chi
tiết cũng như từng cụm chi tiết. Sự ảnh hưởng của các chi tiết hay từng cụm chi tiết
đến quá trình làm việc cũng như các thông số kỹ thuật, để đảm bảo cho ôtô vận hành
an toàn trên đường. Ngoài ra đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng sửa chữa
một số hiện tượng hư hỏng thường xuyên xảy ra của hệ thống lái.
Đề tài này còn có thể giúp các cơ sở hình thành các tài liệu giảng dạy, đào tạo
nghề và giúp cho bạn đọc hiểu biết thêm về hệ thống lái của ôtô. Đặc biệt là ô tô
Hyundai Elantra

1

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để:
- Giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng xác định nào đó
- 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:
- Vô 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 ngoài. Trên các xe
cỡ nhỏ có thể không có.
1.1.1.2. Phân loại
Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra:
+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước
xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,
+ Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái
như: Anh, Thụy 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 nguyên lí làm việc của bộ trợ lực lái, chia ra:
2

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
+ Loại trợ lực thủy thuỷ lực.
+ Loại trợ lực khí (khi nén hoặc chân không).
+ Loại trợ lực điện.
+ Loại trợ lực cơ khí .
- Ngoài ra còn 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.
1.1.1.3. Yêu cầu
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 vô lăng tức là khe hở trong
hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian (giữa) tương ứng với chuyển động thẳng
phải nhỏ (không lớn hơn 15 độ khi có trợ lực và không lớn hơn 5 độ khi không có trợ
lực).
+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt.
+ Không 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 vòng 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 không bị trượt lê gây mòn
lốp, tiêu hao công suất vô 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: P
lvmax
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 vô lăng và của bánh xe dẫn hướng.
3

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
1.2. CÁC SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LÁI ĐƯỢC DÙNG TRÊN Ô TÔ
1.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập.
1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4-Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay
đứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo; 7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc ; 9- Bánh xe.
1.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Hình 1-2: 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- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối ; 13- Xi lanh lực.
4

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
1.2.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái
1.2.3.1. Vô lăng
Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn 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 không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái.
Bán kính vô 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 ).
1.2.3.2.Trục lái
Trục lái là một đòn 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.
1.2.3.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay
tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mô
men theo tỷ số truyền yêu cầu.
- Các thông số đánh giá cơ bản
+ Tỷ số truyền động học
Hình 1-3: Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học [7].
5

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
Tỷ số truyền động học:
n
v
d
d
i
ω
ω
ω
ω
ϕ

θ
ϕ
ω
===
0
(1-1)
Ở đây:
θ, ϕ- Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn
quay đứng).
ω
0
, ω
0
: Các vận tốc góc tương ứng.
Tỷ số truyền động học i
ω
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 không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối
với ô tô 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
ω
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
ω
có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc
quay của vô lăng. Cơ cấu lái có i

ω
thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không
có cường hoá. Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt
hơn so với loại cơ cấu lái có i
ω
không đổi.
Qui luật thay đổ i
ω
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
ω
có dạng như trên hình
3-3 đường 4 là hợp lý nhất.
Trong phạm vi góc quay θ≤ 90
0
÷120
0
, tỷ số truyền i
ω
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 vô lăng quanh vị trí trung gian. Ngoài ra i
ω
tăng còn làm giảm được
các va đập từ mặt đường.
Ở các góc quay θ> 900 - 1200 tỷ số i
ω
cần giảm để tăng tốc độ quay vòng,
tăng tính cơ động của xe.

Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi i
ω
được
làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực cần
tác dụng nhỏ.
6

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
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 hoá lái: thì i
ω
được làm không đổi (đường 3) vì lúc này
vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết.
b- Tỷ số truyền lực
v
r
F
M
M
i =
(1-2)
Ở đây:
i
F
- Tỷ số truyền lực.
M
r
- Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng).

M
v
- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng).
c- Hiệu suất
Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau:
t
η
=
v
r
M
M
v
r
ω
ω
=
ω
i
i
F
(1-3)
Ở đây:
M
r
, M
v
- Các mô men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
r
ω

,
r
ω
- Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
i
F
- Tỷ số truyền lực;
i
ω
- 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 η
th
: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái
xuống các bánh xe dẫn hướng.
- Hiệu suất nghịch η
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. Trong khi đó hiệu suất nghịch cần 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
quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô 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.
7

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều.

Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đập truyền từ bánh
xe lên vô lăng.
d- Khe hở trong cơ cấu lái
Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô 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 công nghệ. Trong quá trình sử dụng,
chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.
1
2
3
0
ϕ
Hình 1-4: Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái [7].
1- cơ cấu lái còn mới; 2- cơ cấu lái đả sử dụng;
3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian.
1.2.3.4. Các loại cơ cấu lái thông dụng
a 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 η
th
= 0,5-0,7; η
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
toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm,

do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn.
8

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm). Khi trục vít có dạng glôbôit thì số
răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn.
Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều
dài của trục vít.
A
A
1
2
3
4
A-A
Hình 1-5: Trục vít lăn - cung răng đặt giữa[7].
1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.
A
A
1
2
3
4
A-A
Hình 1-6: Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên[7].
1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công
thức:
i
ω

=
1
0
.
2
Ζt
R
π
(1- 4)
Ở đây:
9

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
R
0
- Bán kính vòng lăn của cung răng;
t - Bước trục vít;
Z
1
- Số mối ren trục vít.
Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120. Khe hở ăn khớp khi quay đòn
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 vòng tròn cơ sở của cung răng có
bán kính khác.
b Loại trục vít - con lăn
x

0
0
1

2

R
0
R
1
2
3
4
7
8
5
6
A-A
A
A
Hình 1-7 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành[7].
1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh;
5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn.
Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 1-7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô
tô do có ưu điểm:
+ Kết cấu gọn nhẹ;
+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn;
+ Hiệu suất thuận: η
t
= 0,77 - 0,82;
+ Hiệu suất ngịch: η
n
= 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
10

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
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 O
2
của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít
O
1
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:
0
0
01
0
1
2
2
R
R
i
R
R
tZ
R
tZ

R
i
KKK
ωω
π
π
===
(1-5)
Ở đây :
t- Bước của mối răng trục vít;
Z
1
- Số đường ren trục vít;
R
k
- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ
điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng);
R
0
- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;
i
0
- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít.
Theo công thức trên ta thấy i
ω
thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay
đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi như i
ω
= const.
c Loại trục vít - chốt quay

3
1
2
Hình 1-8: Cơ cấu lái trục vít - chốt quay[7].
1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay.
11

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
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 không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:
i
ω
=
t
R
π
2
.cosϕ (1 - 6)
Ở đây :
ϕ - Góc quay của đòn quay đứng;
R
2
- Bán kính đòn 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 không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và
khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng.
d Loại bánh răng - thanh răng
D

2
1
3
4 5
6
7
Hình 1-9: Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng.
1- Lỗ ren; 2- Bánh răng; 3- Thanh răng; 4- Bulông hãm; 5- Đai ốc điều chỉnh khe hở
bánh răng thanh răng; 6- Lò xo; 7- Dẫn hướng thanh răng
12

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
1 2 1
Hình 1-10: Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng [7].
1- Khớp nối; 2- 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 lò xo.
+ Ưu điểm:
- Có tỷ số truyền nhỏ, i
ω
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 i
ω
nhỏ).
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc.

- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng.
e 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 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).
13

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010

B-B
Chi?u theo E
31
2
4
5
6
7 8
21
10
11
12
9

B
B
18
19 21
20
22

25
23 24
13
14
27
26
17
E
15
16
Hình 1-11: Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng [7].
1– Đai ốc hãm đòn quay đứng; 2– Trục tròn quay đứng; 3– Vòng chặn dầu; 4, 6- Ổ bi
kim; 5– Vỏ cơ cấu lái; 7– Tấm đệm; 8- Đai ốc điều chỉnh; 9– Vít điều chỉnh ăn khớp; 10–
Đai ốc hãm; 11– Vòng làm kín; 12– Mặt bích bên cơ cấu lái; 13– Đai ốc tháo dầu; 14–
Vòng làm kín; 15– Chốt định vị; 16– Tấm chặn; 17– Đai ốc điều chỉnh độ rơ của ổ bi; 18–
Nắp dưới cơ cấu lái;19- Ổ đỡ chặn; 20– Êcu; 21– Ống dẫn hướng bi; 22– Bi; 23– Vít đậy
lỗ rót ầu; 24- Ổ đỡ chặn; 25– Vòng chặn dầu; 26– Then bán nguyệt; 27– Cung răng.
14

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công
thức :
i
ω
=
t
R
2
2
π

(1- 7)
Ở đây: R
2
- Là bán kính chia cung răng;
t - Bước răng trục vít.
+ Ưu điểm:
- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận
t
η
= 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch
n
η
= 0,85.
Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính
ổn định về hướng cao khi chuyển động thẳng.
- Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quan
trọng.
- Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn.
1.2.3.5. 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.
a- 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:
dd
2
( )
d
i
d tr d ph

ω
φ
θ θ
=
+
(1-8)
Trong đó:
tr
θ
,
ph
θ
:Các góc quay tương ứng của cam quay trái và phải
φ
: Góc quay của đòn quay đứng
+ Tỷ số truyền lực:
dd
tong
F
dq
M
i
M
=
(1-9)
Trong đó:
M
tong
- Mômen tổng tác dụng lên cam quay của các bánh xe dẫn hướng
M

dq
- Mômen trên đòn quay đứng
Tỷ số truyền của dẫn động lái nói chung thay đổi, do sự thay đổi cánh tay đòn
của các thanh đòn. Ngoài ra do sự bất đối xứng của dẫn động, tỷ số truyền còn có thể
khác nhau khi xe quay trái hoặc phải.
15

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
+ Hiệu suất:

dd
η
=
w
F
i
i
(1-10)
Hiệu suất của hệ thống lái
η
=
dd
. 0,7 0,85
cc
η η
=
b- Hình thang lái
Là bộ phận quan trọng nhất của dẫn động lái. Hình thang lái có nhiệm vụ đảm
bảo động học quay vòng 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 mòn lốp, giảm tổn hao công suất

và tăng tính ổn định.
Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau. Đòn 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 không có khe hở trong dẫn động nhờ
sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở.
Hình 1-12: Sơ đồ hình thang lái [7].
c. 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.
- Góc doãng
Góc doãng: 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.
16

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
+ Tác dụng của góc doãng dương:
Giảm tải theo phương thẳng đứng: Nếu góc doãng bằng không tải trọng tác
dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường tâm lốp và trục .Nó dễ làm trục hay
cam quay bị cong. Việc đặt góc doãng 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 vuông góc với mặt đường. F được phân tích thành F
1
vuông góc
với đường tâm trục và F
2

song song với đường tâm trục. Lực F
2
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 doãng âm ngoài 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 doãng dương giúp chống lại hiện tượng
này.
Giảm lực đánh tay lái: Khi bánh 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.
+ Tác dụng của góc doãng âm:
Khi tải thẳng đứng tác dụng lên lốp có đặt góc doãng, 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.
Khi quay vòng lực ở bánh xe phía ngoài có tác dụng giảm lực quay vòng do
tăng góc doãng 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 doãng. Ở một số xe đã tạo một chút
góc doãng âm do xe khi chuyển động thẳng do đó sẽ giảm được góc doãng dương khi
quay vòng, giảm lực camber và đạt lực quay vòng tối ưu.
Góc doãng cũng có thể bằng không. Lý do chính để đặt góc doãng bằng không
là để ngăn cản sự mòn không đều của lốp. Cả góc doãng dương hay âm đều làm mòn
lốp nhanh. Điều này dễ hiểu khi lốp đặt nghiêng trên đường, tải trọng sẽ tập trung một
bên lốp.
17

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010

-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 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.
+ 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.
Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng
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 mômen cản quay
vòng, tức là giảm khoảng cách từ tâm trụ xoay đứng đến điểm tiếp xúc của bánh xe
với mặt đường.
Ô tô có khả năng tự ổn định trở về vị trạng thái chuyển động thẳng.
Khi ô tô quay vòng 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 vòng của ô tô trên vành tay lái và khả năng trả về chuyển động thẳng càng lớn.
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) của vành
bánh xe nằm ở chiều cao tâm bánh xe.
+ 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 lái.
Làm giảm ứng suất trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường cho góc
doãng của bánh xe dẫn hướng gây nên.
1.2.4. Cường hoá lái
1.2.4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
a- Công 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:
18

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
+ Giảm nhẹ lao động cho người lái
+ Tăng an toàn cho chuyển động.
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 hoá lái có nhược điểm là lốp mòn nhanh hơn (do lạm dụng
cường hoá để quay vòng tại chỗ), kết cấu hệ thống lái phức tạp hơn và tăng khối lượng
công việc bảo dưỡng.
b- Phân loại
Theo nguồn năng lượng:
+ Cường hoá thuỷ lực;
+ Cường hoá khí (khí nén hoặc chân không);
+ Cường hoá điện;
+ Cường hoá cơ khí;
Cường hoá 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.
c Yêu cầu
Cường hoá lái phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:
+ Khi cường hoá 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 vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng.
+ Khi sức cản quay vòng tăng lên thì lực yêu cầu tác dụng lên vô lăng cũng
tăng theo, tuy vậy không được vượt quá 100 ÷ 150 N.
+ Không xảy ra hiện tượng tự cường hoá 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.
19

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
1.2.4.2. Các thông số đánh giá
Để đánh giá tính năng làm việc của cường hóa lái người ta dùng các thông số
cơ bản sau
a Hệ số hiệu quả : bằng tỷ số giữa các lực cần tác dụng lên vô lăng khi không
có và có cường hóa
K
hq
=
l l
c l ch
p p
p p p
=
−
(1-11)
Trong đó :
P
l
- lực tác dụng lên vành tay lái khi không có cường hoá;
P

c
- lực tác dụng lên vành tay lái khi đã có cường hoá trong những điều kiện
quay vòng như trên;
ch
p
- Lực do bộ cường hoá đảm nhận qui về vành tay lái.
b Chỉ số phản lực của cường hoá lên vành tay lái:
ρ =
cq
c
dM
dP
(1-12)
Ở đây: dP
c
- số gia lực tác dụng lên vành tay lái đã có trợ lực;
dM
c
– mô men cản quay vòng của các bánh dẫn hướng.
Chỉ số này đặt trưng cho khả năng đảm bảo cảm giác đường của cường hóa.
Đối với cường hóa hiện nay ρ = 0,02- 0,05 [N/Nm].
c Độ nhạy:
Độ nhạy của cường hóa đặt trưng bằng giá trị lực tác dụng lên vành tay lái và
góc quay của vành tay lái cần thiết để đưa cường hóa vào làm việc.
1.2.4.3. Thành phần cấu tạo và sờ đồ bố trí
Bất kỳ cường hoá lái nào cũng có ba bộ phận sau:
- Nguồn lăng lượng:Nguồn năng lượng để cung cấp năng lượng cho cường hóa
có thể là 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 vô lăng và góc quay bánh xe

dẩn hướng.Bộ phận phân phối thực chất là các van thủy lực khí nén hay các công tắc
và mạch điện.
- Cơ cấu chấp hành: dùng để tạo và truyền lực (trợ lực) lên cơ cấu lái và dẫn
động lái.Tùy theo loại cường hóa nó có thể là xi lanh thủy lực, xilanh khí nén hoặc có
thể là động cơ điện.
20

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
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 3-22.
+Xi lanh lực bố trí riêng, cơ cấu lái và bộ phận phân phối bố trí chung như trên
hình vẽ
Hình 1-13: 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.
Hình 1-14: 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.
21

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
Hình 1-15: Cơ cấu lái, bộ phận phân phối và xilanh lực bố trí riêng.
1 - Cơ cấu lái; 2 - bộ phận phân phối; 3 - xi lanh lực.
Hình 1-16: 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; 3 - cơ cấu lái.
Ưu nhược điểm của từng sơ đồ:
-Theo các sơ đồ hình 1-13; 1-14; 1-15.
+ 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 1-16.
+ 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.
22

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
+ Nhược điểm: tất cả các chi tiết của hệ thống 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
không dùng sơ đồ bố trí này.
1.3. GIỚI THIỆU XE HYUNDAI ELANTRA 2010
1.3.1. Sơ đồ và thông số kỹ thuật
1480
4505
1775
2650
Hình 1-17: Sơ đồ tổng thể xe Hyundai Elantra.
23

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
1.3.2. Thông số kỹ thuật xe Hyundai Elantra 2010
Bảng 1-1: Thông số kỷ thuật của xe Hyundai Elantra [9]
STT Tên gọi Ký Hiệu Đơn Vị Thông Số
1 Loại xe SEDAN - -
2 Chiều dài tổng thể L mm 4505
3 Chiều rộng tổng thể B mm 1775
4 Chiều cao tổng thể H mm 1480
5 Chiều dài cơ sở L

0
mm 2650
6 Chiều rộng cơ sở trước/sau B
0
mm 1529/1513
7 Trọng lượng toàn tải kg 1700
8 Số chổ ngồi n - 5
9 Động cơ Hyundai Xăng -
1.3.2. Các hệ thống trên xe Hyundai Elantra 2010
1.3.2.1 Động cơ.
Bảng 1-2: Thông số kỷ thuật của động cơ dùng trên xe Hyundai Elantra [8]
STT Tên gọi Ký Hiệu Đơn Vị Thông Số
1 Kiểu động cơ - - Xăng
2 Số xilanh/ Số kỳ /Cách bố trí i / τ - 4/4/line
3 Thứ tự làm việc - - 1-3-4-2
4 Tỷ số nén
ε
- 10,1
5 Đường kính xilanh D mm 82
6 Khoảng dịch chuyển piston - mm 93,5
7 Dung tích xilanh - cc 1975
24

Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Hyundai Elantra 2010
1
2
3
4
5
6

7
8
9
9
Hình 1-18: Động cơ dùng trên xe Hyundai Elantra.
1-Xupap; 2-Con độ thủy lực; 3-Cò mổ; 4-Cam; 5-Vòi phun; 6-Môtơ bước
7-Que thăm dầu; 8-Ống nạp
Xe Hyundai elantra 2010 sử dụng động cơ xăng của hãng Hyundai . Động cơ
sử dụng hệ thống phân phối khí DOHC, gồm 16 xu páp. DOHC (Double Overhead
Camshaft) chỉ loại động cơ sử dụng 2 trục cam bố trí trên đỉnh mỗi xi-lanh. Phương án
bố trí 4 van cho mỗi xi-lanh tương đối dễ dàng. Động cơ có thể đạt tốc độ vòng quay
lớn. Đồng thời cho phép đặt xu-páp ở các vị trí tối ưu tăng khả năng vận hành. Tuy
nhiên nhược điểm là trong lượng hệ thống phân phối khí tăng, kết cấu phức tạp, tốn
nhiều công suất quay trục cam và giá thành cao.
25