Chương 6 hệ thống lái

CHƯƠNG 6
HỆ THỐNG LÁI

1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU
1.1. Công dụng
Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động hoặc giữ cho ôtô
chuyển động theo một quỹ đạo xác định nào đó.
1.2. Phân loại
Tuỳ thuộc vào yếu tố căn cứ để phân loại, hệ thống lái được chia thành các loại
sau:
* Theo cách bố trí vành lái
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (theo chiều chuyển động của ôtô) được
dùng trên ôtô của các nước có luật đi đường bên phải như ở Việt nam và một số các
nước khác;
- Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (theo chiều chuyển động của ôtô)
được dùng trên ôtô của các nước có luật đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuỵ
Điển, ...
* Theo số lượng cầu dẫn hướng
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước;
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau;
- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.
* Theo kết cấu của cơ cấu lái
- Cơ cấu lái loại trục vít - bánh vít;
- Cơ cấu lái loại trục vít - cung răng;
- Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn;
- Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay;
- Cơ cấu lái loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, cung răng);
- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ - thanh răng.
* Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hoá
- Hệ thống lái có cường hoá thuỷ lực;
- Hệ thống lái có cường hoá khí nén;

- Hệ thống lái có cường hoá liên hợp.


1.3. Yêu cầu
Hệ thống lái phải bảo đảm các yêu cầu sau:
- Quay vòng ôtô thật ngoặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất
bé;
- Điều khiển lái phải nhẹ nhàng thuận tiện;
- Động học quay vòng phải đúng để các bánh xe không bị trượt khi quay vòng;
- Tránh được các va đập từ bánh dẫn hướng truyền lên vành lái;
- Giữ được chuyển động thẳng ổn định.
2. CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG LÁI
2.1. Hệ thống lái với cầu dẫn hướng loại liền (hệ thống treo phụ thuộc)
Bố trí chung của hệ thống lái loại này được chỉ ra trên hình 10.1.

Hình 6.1 - Hệ thống lái với cầu dẫn hướng loại liền
1 - Vành lái; 2 - Trụ lái; 3 - Trục vít;
4 - Cung răng; 5 - Đòn quay đứng; 6 - Đòn kéo dọc;
7 - Cam quay; 8, 9, 10 - Hình thang lái; 11 - Trục bánh xe.
Hệ thống lái này thường được bố trí trên ôtô tải nhỏ và trung bình.
Hệ thống bao gồm các bộ phận chính như sau:
- Vành lái: Vành lái cùng với trục lái có nhiệm vụ truyền lực quay vòng của
người lái từ vành lái đến trục vít của cơ cấu lái.


- Cơ cấu lái: Cơ cấu lái ở sơ đồ trên gồm trục vít 3 và cung răng 4. Nó có nhiệm
vụ biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và
khuyếch đại lực điều khiển trên vành lái.
- Dẫn động lái: dẫn động lái bao gồm đòn quay đứng 5, thanh kéo dọc 6, cam
quay 7. Nó có nhiệm vụ biến chuyển động góc của đòn quay đứng 5 thành chuyển

động góc của trục bánh xe dẫn hướng.
- Hình thang lái: hình thang lái bao gồm các đòn 8, 9 và 10. Ba khâu này hợp
với dầm cầu dẫn hướng tạo thành bốn khâu dạng hình thang nên gọi là hình thang lái.
Hình thang lái có nhiệm vụ tạo chuyển động góc của hai bánh xe dẫn hướng
theo một quan hệ xác định bảo đảm các bánh xe không bị trượt khi quay vòng.
2.2. Hệ thống lái với bánh dẫn hướng trong hệ thống treo độc lập
Bố trí chung của hệ thống lái loại này được chỉ ra trên hình 10.2.

Hình 6.2 - Hệ thống lái với bánh dẫn hướng trong hệ thống treo độc lập
Ở hệ thống lái cầu liền (hệ thống treo phụ thuộc), khi ôtô hoặc cầu dao động thì
toàn bộ các chi tiết của hình thang lái dao động cùng một khối với cầu dẫn hướng.
Nhưng ở hệ thống lái với hệ thống treo độc lập (hình 10.2), các bánh xe dẫn hướng
bên trái hoặc bên phải có thể dao động độc lập với nhau nên cấu tạo của dẫn động lái
và hình thang lái có khác so với loại cầu liền. Đó là thanh ngang của hình thang lái
không thể làm liền mà phải cắt rời thành nhiều đoạn và liên kết với nhau bằng các
khớp cầu.


Còn lại các bộ phận khác như vành lái, trục lái, cơ cấu lái cũng có cấu tạo và
nguyên lý làm việc như đã mô tả trong mục 2.1.
2.3. Hệ thống lái có cường hoá
So với hệ thống lái không có cường hoá đã trình bày ở trên, cấu tạo chung của
hệ thống lái có cường hoá gồm hai phần chính: phần lái cơ khí có cấu tạo và nguyên lý
giống như các trường hợp đã trình bày trên; phần cường hoá với các bộ phận chính
sau:

Hình 10.3 - Hệ thống lái có cường hoá
- Nguồn năng lượng của bộ cường hoá, trong sơ đồ hình 10.3 là bơm thuỷ lực;
- Van phân phối (van điều khiển);
- Cơ cấu chấp hành (xi lanh lực).

3. CẤU TẠO CỦA CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG LÁI
3.1. Trục lái
Trục lái có hai loại: Loại cố định không thay đổi được góc nghiêng (hình
10.4.a) và loại thay đổi được góc nghiêng (hình 10.4.b).
Đối với loại không thay đổi được góc nghiêng thì trục lái gồm một thanh thép
hình trụ rỗng. Đầu trên của trục lái được lắp bằng then hoa với moayơ của vành lái (vô
lăng) còn đầu dưới được lắp cũng bằng then hoa với khớp các đăng. Trục chính được
đỡ trong ống trục lái bằng các ổ bi. ống trục lái được cố định trên vỏ cabin bằng các
giá đỡ. Vành lái có dạng một thanh thép hình tròn với một số nan hoa (hai hoặc ba) nối
vành thép với moayơ vành lái cũng bằng kim loại. Moayơ có làm lỗ với các then hoa
để ăn khớp then với đầu trên của trục lái.

a

b
Hình 6.4 - Cấu tạo trục lái

Đối với loại trục lái thay đổi được góc nghiêng thì ngoài những chi tiết kể trên,
trục chính không phải là một thanh liên tục mà được chia thành hai phần có thể chuyển
động tương đối với nhau trong một góc độ nhất định nhờ kết cấu đặc biệt của khớp nối


(hình 10.4.b). Tuỳ thuộc vào tư thế và khuôn khổ của người lái mà vánh lái có thể
được điều chỉnh với góc nghiêng phù hợp.

3.2. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là hộp giảm tốc đảm bảo tăng mômen quay của người lái từ vành lái
tới các bánh xe dẫn hướng.

Cơ cấu lái có các thông số đặc trưng cho tính năng kỹ thuật sau:
* Tỉ số truyền ic:

ic =

dθ ω θ
=
dΩ ω Ω

Trong đó:
dθ, dΩ - là các góc quay nguyên tố tương ứng của vánh lái và trục đòn
quay đứng;
ωθ, ωΩ - góc quay tương ứng của vành lái và trục đòn quay đứng.
Tỉ số truyền của cơ cấu lái có thể thay đổi hoặc không thay đổi. Tỉ số truyền cơ
cấu lái có phạm vi thay đổi rộng, cao ở vùng vị trí trung gian và thấp ở các vị trí rìa
thường được dùng ở hệ thống lái không có cường hoá.
* 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. Vì vậy nói chung khi thiết kế cơ cấu lái yêu cầu
phải có hiệu suất thuận cao.
* Hiệu suất nghịch:
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ dưới đòn quay đứng lên
trục lái. Thông thường yêu cầu hiệu suất nghịch phải có trị số bé hơn hiệu suất thuận.
Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của
ôtô sẽ không truyền đến vành lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái.
Đây là một tính chất rất quý của cơ cấu lái. Tuy nhiên không thể đưa hiệu suất nghịch
xuống quá thấp vì lúc đó bánh xe dẫn hướng sẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu
dưới tác dụng của các mômen ổn định. Vì vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh xe dẫn
hướng từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đường lên vành
lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu suất nghịch

nhất định.


3.2.1. Cơ cấu lái loại trục vít cung răng (hình 6.5)
Cơ cấu lái loại trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích
thước so với loại trục vít bánh răng. Cung răng có thể là cung răng thường (hình 6.5.a)
hoặc cung răng bên (hình 6.5.b). Cung răng bên có ưu điểm là tiếp xúc theo toàn bộ
chiều dài răng, do đó giảm được ứng suất tiếp xúc và răng ít hao mòn cho nên thường
dùng ở ôtô tải cỡ lớn. Tỉ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định như
sau:

ic =

2π ro
t

Trong đó:
ro - bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng;
t - bước trục vít.
Tỉ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi. Hiệu suất thuận khoảng
0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4.

a

b

Hình 6.5 - Cơ cấu lái loại trục vít cung răng
3.2.2. Cơ cấu lái loại trục vít con lăn (hình 6.6)
Cơ cấu lái loại trục vít con lăn có những ưu điểm sau:
- Nhờ trục vít có dạng glôbôít cho nên mặc dù chiều dài trục vít không lớn

nhưng sự tiếp xúc của các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, có nghĩa
là giảm được kích thước chung và giảm ứng suất tiếp xúc của các răng;


- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau được phân tán, tuỳ theo loại
ôtô mà có thể làm con lăn có từ hai đến bốn vòng ren;
- Tổn thất do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trượt bằng ma sát lăn;
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp của các bánh răng.
Đường trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một khoảng e = 5
- 7 mm. Điều này cho phép điều chỉnh lại khe hở ăn khớp sau một thời gian làm việc
các chi tiết bị hao mòn.
Tỉ số truyền của cơ cấu lái trục vít con lăn tại vị trí trung gian xác định theo
công thức:

ic =

2π r2
tz1

Trong đó:
r2 - bán kính vòng tròn ban đầu của hình glôbôít của trục vít;
t - bước của trục vít;
z1 - số mối ren của trục vít.
Tỉ số truyền của cơ cấu lái loại này sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa
khoảng từ 5-7% nhưng sự tăng này không đáng kể nên có thể bỏ qua và coi như tỉ số
truyền không thay đổi.
Hiệu suất thuận vào khoảng 0,65 và hiệu suất nghịch khoảng 0,5.
Cơ cấu lái loại này được sử dụng rộng rãi trong các loại ôtô khác nhau.

Hình 6.6 - Cơ cấu lái loại trục vít con lăn

3.2.3. Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay (hình 6.7)
Cơ cấu lái loại này có ưu điểm cơ bản là có thể thiết kế tỉ số truyền thay đổi
theo các quy luật khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Nếu bước của trục vít t không đổi thì tỉ số truyền được xác định theo công thức:


ic =

2π r2
cos Ω
t

Trong đó:
Ω - góc quay của đòn quay đứng;
r2 - bán kính từ chốt quay đến trục đòn quay.
Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái loại này đều vào khoảng 0,7.
Cơ cấu lái loại này thường được sử dụng ở hệ thống lái không có cường hoá trên ôtô
tải và ôtô khách.

Hình 6.7 - Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay
3.2.4. Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng (hình 6.8)
Hai đầu trục vít được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn, một đai ốc bi chạy trên trục vít nhờ
rất nhiều các viên bi ở trong các rãnh xoắn trên trục vít và bên trong đai ốc. Các viên
bi lăn trong các rãnh này, các rãnh được thiết kế để cho phép các viên bi tuần hoàn
một cách liên tục.
Một trục với bánh răng rẻ quạt được lắp trong hộp cơ cấu lái bằng các ổ bi kim.
Phần răng rẻ quạt ăn khớp với răng của đai ốc bi. Khi trục vít quay đai ốc bi chạy dọc
trục vít, chuyển động tịnh tiến này làm cung răng rẻ quạt quay dẫn đến trục đòn quay
đứng quay.

Hình 6.8 - Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng
Ưu điểm của cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng là tổn thất ma sát giữa trục
vít và trục rẻ quạt rất nhỏ nhờ biến ma sát trượt thành ma sát lăn.
Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng có thể thiết kế với tỉ số truyền không
đổi (hình 6.9.a) hoặc tỉ số truyền thay đổi (hình 6.9.b).
Đặc điểm của cơ cấu lái có tỉ số truyền không đổi là các bán kính ăn khớp C1,
C2, C3 của các răng trục rẻ quạt là bằng nhau và các bán kính ăn khớp D 1, D2, D3 của
các răng đai ốc cũng bằng nhau.
Đối với cơ cấu lái có tỉ số truyền thay đổi được thiết kế sao cho bán kính ăn
khớp của các răng trục rẻ quạt giảm dần về phía tâm (C 1 > C2 > C3). Mặt khác bán kính
ăn khớp của các răng đai ốc lại tăng dần về phía tâm (D1 < D2 < D3).
Nhờ vậy mà tỉ số truyền của cơ cấu lái được thay đổi theo quy luật chỉ ra trên
hình 6.9.

Hình 6.9 - Cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng
a- Loại tỷ số truyền không đổi
b- Loại tỷ số truyền thay đổi


3.2.5. Cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng (hình 6.10)
Bánh răng trụ được chế tạo liền với trục lái nên còn gọi là trục răng. Khi quay
vành lái, trục răng quay làm thanh răng dịch chuyển sang phải hoặc sang trái. Sự dịch
chuyển của thanh răng được truyền tới cam quay qua các đầu thanh răng và khớp cầu.

Hình 6.10- Cơ cấu lái loại bánh răng trụ thanh răng
Cơ cấu loại trục răng thanh răng có các ưu điểm sau:
- Cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng có tác
dụng như thanh dẫn động lái nên không cần các thanh ngang như ở cơ cấu lái khác;
- Ăn khớp răng trực tiếp nên độ nhạy cao;

- Ma sát trượt và lăn nhỏ kết hợp với sự truyền mômen tốt nên lực điều khiển
trên vành lái nhẹ;
- Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng.
3.3. Dẫn động lái
3.3.1. Đòn quay
Đòn quay có nhiệm vụ truyền mômen từ trục đòn quay của cơ cấu lái tới các
đòn kéo dọc hoặc kéo ngang được nối với cam quay của bánh xe dẫn hướng.


Cấu tạo của đòn quay có dạng thanh gồm thân đòn quay, đầu to và đầu nhỏ.
Đầu to là lỗ hình trụ hoặc côn có then hoa bên trong để ăn khớp then hoa với đầu trục
đòn quay. Đầu nhỏ đòn quay cũng có lỗ trơn hình côn để bắt với rôtuyn. Thân đòn
quay có tiết diện nhỏ dần từ đầu to đến đầu nhỏ và hình dạng tiết diện phù hợp với
phương chịu lực. Tuỳ theo loại cơ cấu lái và dẫn động lái mà đòn quay có thể quay
trong mặt phẳng đứng (hình 10.11.b) hoặc mặt phẳng ngang (hình 10.11.a).

Hình 6.11 - Đòn quay
3.3.2. Đòn kéo
Đòn kéo được dùng để truyền lực từ đòn quay của cơ cấu lái đến cam quay
bánh xe dẫn hướng. Tuỳ theo phương đặt đòn kéo mà người ta có thể gọi đòn kéo dọc
hoặc đòn kéo ngang. Đòn kéo cũng được sử dụng nối và truyền lực giữa hai cam quay
của hai bánh xe dẫn hướng. Nó là khâu thứ ba (trừ dầm cầu dẫn hướng) trong hình
thang lái nên còn được gọi là thanh "ba ngang".
Cấu tạo chung của đòn kéo gồm một thanh thép hình trụ rỗng hai đầu có bố trí
các rôtuyn với liên kết cầu. Vì trong quá trình làm việc vị trí của các đòn kéo có thể
thay đổi trong không gian nên các điểm nối giữa các đòn kéo phải là liên kết cầu để
tránh cưỡng bức (hình 6.12).


Hình 6.12 - Đòn kéo

Liên kết cầu bao gồm một rôtuyn với một đầu có dạng cầu và các bát rôtuyn có
bề mặt lắp ghép là một phần chỏm cầu lõm được lắp ráp với mặt cầu của rôtuyn. Một
yêu cầu đối với dẫn động lái là phải chính xác, không có độ dơ, đồng thời để dập tắt
các lực va đập truyền qua dẫn động lái nên hầu hết các khớp rôtuyn đều dùng lò xo để
ép bát rôtuyn với mặt cầu của rôtuyn. Lực ép của các lò xo này lên rôtuyn được điều
chỉnh bằng các nút tì có ren. Để bôi trơn các bề mặt làm việc của rôtuyn và bát rôtuyn
thì người ta thường bố trí một vú mỡ và các đường dẫn mỡ từ vú mỡ tới các rôtuyn.
Trên một đòn kéo có hai rôtuyn thì việc bố trí lò xo ở các đầu rôtuyn này phải
bảo đảm sao cho khi lực truyền từ chốt rôtuyn này đến chốt rôtuyn kia chỉ có một
trong hai lò xo làm việc.
3.3.3. Hình thang lái
* Đặt vấn đề
Chúng ta xét sự quay vòng của một ôtô hai cầu với cầu trước là cầu dẫn hướng
(hình 6.13).
Khi muốn thực hiện quay vòng ôtô người lái phải thông qua hệ thống lái để
điều khiển các bánh xe dẫn hướng quay một góc nào đó theo hướng quay vòng. Động
học quay vòng đúng xảy ra khi tất cả các bánh xe đều quay quanh một tâm quay tức
thời (điểm O trên hình 6.13.a). Nếu bảo đảm được điều kiện này thì các bánh xe sẽ
chuyển động lăn mà không có sự trượt xảy ra. Muốn vậy góc quay của bánh xe dẫn
hướng bên trái và bên phải là khác nhau (α < β).

1

2
3

a

b

Hình 6.13 - Động học quay vòng ôtô
Chúng ta xét trường hợp nếu hai bánh xe dẫn hướng quay cùng một góc như
nhau (α = β), khi đó bánh xe phía ngoài có xu hướng quay quanh tâm O 1 còn bánh xe
phía trong có xu hướng quay quanh tâm O 2. Khi này quỹ đạo của bánh xe phía ngoài
sẽ theo đường cong 1 còn quỹ đạo của bánh xe phía trong sẽ theo đường cong 2. Mặt
khác nếu bảo đảm động học quay vòng đúng thì bánh xe phía trong cũng phải quay
quanh tâm O1 có nghĩa quỹ đạo của nó phải là đường cong 3. Giả sử bánh xe dẫn
hướng phía ngoài bám tốt không bị trượt thì bánh xe phía trong sẽ bị trượt mà vệt trượt
của nó tạo thành diện tích bôi đen giữa hai đường cong 2 và 3.
Qua nghiên cứu hai ví dụ trên chúng ta thấy để bảo đảm ôtô quay vòng đúng thì
bánh xe phía trong bao giờ cũng phải quay một góc lớn hơn. Nói một cách chính xác
hơn, muốn đảm bảo động học quay vòng đúng thì góc quay của bánh xe bên trong và
bên ngoài phải tuân theo một quan hệ xác định, quan hệ này do hình thang lái đảm
nhận.
* Cấu tạo của hình thang lái
Hình thang lái thực chất là một hình tứ giác gồm bốn khâu (hình 6.14): Dầm
cầu, thanh lái ngang và hai thanh bên (cánh bản lề). Ở vị trí trung gian, tứ giác này có
dạng hình thang nên được gọi là hình thang lái. Trừ dầm cầu ra, các khâu còn lại của
hình thang lái có cấu tạo như các đòn kéo đã nghiên cứu ở trên. Vì vậy ở đây chúng ta
không xét thêm về mặt cấu tạo mà chủ yếu đưa ra hình dạng và kích thước của hình
thang lái. Để bảo đảm quan hệ giữa góc quay của bánh xe bên trong và bánh xe bên
ngoài để các bánh xe cùng quay trên một tâm quay tức thời thì kích thước của các
thanh lái ngang, cánh bản lề và góc θ phải có những giá trị xác định.


Hình 6.14 - Hình thang lái
Ở một số ôtô, do kết cấu của hệ thống treo và hệ thống lái khác nhau nên hình
thang lái cũng được suy biến theo.
Trên hình 6.15, hệ thống treo phụ thuộc dầm cầu liền nên các chi tiết và hình

dạng của hình thang lái tương tự như ở sơ đồ hình 6.14. Trong hình thang lái, kích
thước của dầm liền và hai cánh bản lề bên là cố định. Vì vậy để điều chỉnh được góc θ
bảo đảm mối quan hệ giữa góc quay của bánh xe ngoài và bánh xe trong thì thanh lái
ngang có kết cấu sao cho có thể điều chỉnh được kích thước của nó.
Tay khủu

C¬ cu l¸i

Thanh ngang

§ßn kÐo dc
Tay pitman

§Çu thanh ngang

Hình 6.15-Kết cấu hình thang lái cầu trước phụ thuộc
Trên ôtô mà hệ thống treo trước là loại độc lập thì hình thang lái có dạng như ở
hình 6.16.


Hình 6.16 - Kết cấu hình thang lái cầu trước độc lập
Còn trên ôtô hệ thống treo trước độc lập và cơ cấu lái loại trục răng thanh răng
thì có thể kết hợp thanh răng làm luôn chức năng của thanh lái ngang trong hình thang
lái (hình 6.17).
§Çu thanh ngang

C¬ cu l¸i

§Çu thanh r¨ng

Cam quay

Hình 6.17 - Hệ thống lái có thanh răng kết hợp làm thanh lái ngang

4. GÓC ĐẶT BÁNH XE
Các góc đặt của bánh xe và trụ quay đứng nhằm các mục đích sau:
- Giảm lực cản quay vòng ở các bánh xe dẫn hướng;
- Tạo độ ổn định của bánh xe dẫn hướng, có nghĩa là khi bánh xe dẫn hướng
lệch khỏi vị trí trung gian thì nó có khả năng tự động quay trở lại.
Các góc này bao gồm góc nghiêng ngang của bánh xe (camber), góc nghiêng
dọc của trụ quay đứng (caster), góc nghiêng ngang của trụ quay đứng (kingpin) và độ
chụm của bánh xe.
4.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (camber)
Góc nghiêng ngang của bánh xe được lắp đặt với phía trên nghiêng ra ngoài hay
nghiêng vào trong. Góc này còn gọi là góc "camber" và được đo bằng độ nghiêng so
với phương thẳng đứng. Khi phía trên bánh xe nghiêng ra ngoài, thì gọi là "camber
dương". Ngược lại khi nghiêng vào trong thì gọi là "camber âm" (hình 6.18).


Hình 6.18 - Góc nghiêng ngang của bánh xe (camber)
Chức năng của camber:
Ở những ôtô trước kia, các bánh xe được đặt camber dương để cải thiện độ bền
cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường nhằm ngăn cản sự mòn
không đều của lốp trên loại đường có phần giữa cao hơn hai mép. ở những ôtô hiện
nay, hệ thống treo và cầu cứng vững hơn mặt khác kết cấu mặt đường cũng bằng
phẳng vì vậy ít cần camber dương, thậm chí ở một vài loại ôtô góc camber có thể bằng
0. Một vài loại ôtô bố trí có camber âm để cải thiện điều kiện chịu lực khi ôtô quay
vòng.
Dưới đây chúng ta sẽ xét công dụng của các góc camber khác nhau:
* Camber dương

Camber dương có các tác dụng như sau:
- Giảm tải theo phương thẳng đứng (hình 6.19.a): 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 đi. Việc đặt camber dương sẽ làm phản
lực tác dụng vào phía trong của trục, lực F trên hình vẽ, sẽ giảm mômen tác dụng lên
trục bánh xe và cam quay.


Hình 6.19 - Camber dương
- Ngăn cản sự tuột bánh xe (hình 6.19.b): 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 F 2 song song với trục bánh xe. Lực F 2 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.
- Giảm mômen 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
mômen cản quay vòng.
* Camber 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 6.20). 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.


Hình 6.20 - Lý do để bố trí Camber 0
* 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 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 (hình 6.21).

Hình 6.21- Camber âm
4.2. Góc nghiêng dọc của trụ quay đứng (caster)
Caster là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ quay đứng. Caster
được đo bằng độ giữa trụ quay đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu
nghiêng về phía sau thì gọi là caster dương, nếu nghiêng về phía trước gọi là caster âm
(hình 6.22).


Hình 6.22 - Góc nghiêng dọc của trụ quay đứng (caster)
Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trụ quay đứng với mặt đất đến tâm
vùng tiếp xúc giữa lốp với đường được gọi là khoảng cách caster.
Caster có công dụng hồi vị bánh xe do khoảng caster.
Để giải thích công dụng này chúng ta dựa vào sơ đồ hình 6.23.a. Khi khoảng
caster dương có nghĩa là trụ quay đứng (a) của mỗi bánh xe ở phía trước tâm vùng tiếp
xúc giữa lốp và đường. Như vậy có thể thấy rằng các bánh xe bị kéo ở phía sau trụ
quay đứng khi ôtô chuyển động, giống như các bánh xe con của các xe đẩy bị kéo về
phía sau đường tâm các trục xoay của bánh xe.

a

b

Hình 6.23- Caster có các công dụng hồi vị bánh xe
Sự hồi vị này là do mômen sinh ra quanh trục xoay đứng a và a' (hình 6.23.b)

khi các bánh xe quay khỏi vị trí trung gian. Giả sử khi quay vòng sang trái, lực kéo


chủ động là P và P' tác dụng tại điểm a và a' còn lực cản lên bánh xe dẫn hướng tác
dụng tại tâm O và O' của vùng tiếp xúc giữa lốp với đường đó là các lực F và F'. Phản
lực F được phân thành hai thành phần F 1 và F2 còn F' được phân thành F' 1 và F'2.
Thành phần F2 và F'2 tạo ra mômen T và T' có xu hướng làm bánh xe quay trở về vị trí
trung gian quanh trục a và a'. Những mômen này chính là mômen hồi vị bánh xe.
4.3. Góc nghiêng ngang của trụ quay đứng (kingpin)
Góc kingpin là góc nghiêng của trụ quay đứng trong mặt phẳng ngang vào phía
trong so với đường thẳng đứng (hình 6.24).

a

b

c

Hình 6.24 - 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
Khoảng cách l từ giao điểm của trụ quay đứng với mặt đường đến tâm vết tiếp
xúc giữa bánh xe với mặt đường gọi là độ lệch.
Công dụng của góc kingpin:
- Giảm mômen cản quay vòng: Khi quay vòng, mômen 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 6.25.a) thì
khoảng lệch này là lớn nên mômen cản quay vòng cũng lớn. Để giảm mômen 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 6.25.b). Do có hai góc này nên độ lệch tâm rất nhỏ vì
vậy mômen cản quay vòng giảm đáng kể.

Hình 6.25 - Góc kingpin làm giảm mômen cản quay vòng
- Cải thiện tính ổn định khi ôtô chạy thẳng: Khi quay khỏi vị trí trung gian,
bánh xe có xu hướng quay quanh đường tâm trụ quay đứng. Nếu trục trụ quay đứng là
cố định thì bánh xe bị lún sâu xuống mặt đường. Tuy nhiên thực tế trụ quay đứng
không cố định và bánh xe không thể lún sâu xuống mặt đường nên trụ quay đứng
mang dầm cầu sẽ bị nâng lên một đoạn tương ứng. Chính trọng lượng của thân ôtô
được nâng lên sẽ có xu hướng đẩy cam quay dịch xuống phía dưới vì vậy trục bánh xe
có xu hướng quay về vị trí chuyển động thẳng ban đầu của nó.
4.4. Độ chụm (độ mở) bánh xe
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau
thì gọi là độ chụm. Còn nếu bố trí ngược lại thì gọi là độ mở.
Độ chụm thường được thể hiện bằng các khoảng cách B và A và giá trị của độ
chụm được tính bằng B - A (hình 6.26.a).
Tác dụng của độ chụm là để khử lực camber sinh ra khi có camber dương. Điều
đó được giải thích qua hình 6.26.b.
Khi bánh xe bố trí góc camber dương tức là bánh xe bị nghiêng ra phía ngoài
nên nó có xu hướng quay quanh tâm là giao điểm của tâm trục bánh xe với mặt đường.
Như vậy tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường có hai thành phần vận tốc: một
thành phần có phương trùng với phương chuyển động thẳng của ôtô; một thành phần


có phương nghiêng ra phía ngoài theo hướng quay của bánh xe do có góc camber
dương. Hiện tượng này sẽ làm mòn nhanh lốp xe. Để khắc phục hiện tượng nói trên
người ta bố trí độ chụm của các bánh xe dẫn hướng nhằm khử thành phần vận tốc có
phương nghiêng ra phía ngoài. Khi đó tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

chỉ còn lại thành phần vận tốc theo phương thẳng.

b

§ chơm:
§ m:

A< B
A> B

a
Hình 6. 26 - Độ chụm (độ mở) bánh xe
Hiện nay do phần lớn trên ôtô có góc camber gần bằng 0 nên độ chụm của bánh
xe cũng trở nên nhỏ hơn thậm chí ở một vài loại xe độ chụm bằng 0.
5. HỆ THỐNG LÁI CÓ CƯỜNG HOÁ
5.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
5.1.1. Công dụng
Hệ thống cường hoá lái trước hết có nhiệm vụ làm giảm lực điều khiển trên
vành tay lái để giảm cường độ lao động cho người lái và sau nữa là để tăng tính an
toàn của hệ thống điều khiển lái.
5.1.2. Phân loại
* Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:
- Hệ thống lái cường hoá với kiểu van trụ tịnh tiến;
- Hệ thống lái cường hoá với kiểu van trụ xoay;
- Hệ thống lái cường hoá với kiểu van cánh.
* Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:
- Hệ thống lái cường hoá kiểu van phân phối và xi lanh lực kết hợp trong cơ cấu
lái;

- Hệ thống lái cường hoá kiểu van phân phối và xi lanh lực kết hợp trong đòn
kéo;
- Hệ thống lái cường hoá kiểu van phân phối và xi lanh lực bố trí riêng rẽ.
5.1.3. Yêu cầu
- Bộ cường hoá phải có lực điều khiển trên vành tay lái đủ nhỏ để giảm cường
độ lao động nhưng cũng đủ gây cảm giác điều khiển cho người lái;
- Khi hệ thống cường hoá hỏng thì hệ thống lái vẫn điều khiển được như hệ
thống lái cơ khí thông thường;
- Kết cấu bộ cường hoá phải đơn giản, dễ chăm sóc bảo dưỡng.
5.2. Các sơ đồ hệ thống lái có cường hoá tiêu biểu
Sơ đồ bố trí chung của hệ thống cường hoá lái tuy có khác nhau nhưng chúng
đều gồm ba bộ phận chính sau: Bơm dầu, van phân phối và xi lanh lực. Vì bơm dầu
trong các hệ thống cường hoá lái đều giống nhau nên sẽ được nghiên cứu trong một
mục độc lập sau.
5.2.1. Loại van phân phối và xi lanh lực bố chí chung trong cơ cấu lái
* Cấu tạo
Cấu tạo của hệ thống lái cường hoá loại này bao gồm hai phần chính:
- Van phân phối: Gồm có vỏ van 17 và con trượt phân phối 16. Vỏ van được
bắt cố định với vỏ cơ cấu lái còn con trượt phân phối dạng pittông bậc được điều khiển
bởi phần trên của trục vít thông qua ổ chặn 13. Từ van phân phối có các cửa dầu nối từ
bơm tới và các kênh dẫn dầu đến các khoang làm việc của pittông xi lanh;
- Cơ cấu pittông xi lanh: Đây là cơ cấu chấp hành, nhằm tạo lực để cường hoá
khi lái. Nó gồm một xi lanh và một pittông. Xi lanh 4 chính là vỏ của cơ cấu lái, còn
pittông 5 đồng thời cũng là êcu bi có răng ăn khớp với cung răng rẻ quạt 23.
* Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc được mô tả trên hình 10.28, được chia thành ba trạng thái
sau:
- Ở vị trí trung gian: Khi ôtô chuyển động thẳng, vành lái ở vị trí trung gian thì
van phân phối cũng ở trạng thái trung gian chưa làm việc. Khi này dầu từ bơm đến cửa
vào van phân phối thông với các khoang của pittông và thông với đường ra của van

phân phối để hồi về bình chứa dầu. Vì áp suất trong hệ thống là áp suất đường dầu hồi


nên không có sự chênh lệch áp suất giữa hai phía pittông nên hệ thống cường hoá
không làm việc.

Hình 6.27 - Cấu tạo van phân phối và xi lanh lực
1 - nắp; 2 - đệm làm kín; 3 - nắp; 4 - vỏ cơ cấu lái; 5 - pittông; 6 - vòng hãm; 7 - trục
vít; 8, 19 - đai ốc; 9 - ống dẫn bi; 10 - bi; 11 - xéc măng; 12 - nắp trước; 13 - ổ bi
chặn; 14 - gioăng làm kín; 15 - cửa dầu; 16 - con trượt phân phối; 17 - vỏ van phân
phối; 18 - đệm; 20 - nắp trên; 21 - cơ cấu phản ứng; 22 - kênh dẫn dầu; 23 - cung
răng rẻ quạt; 24 - đòn quay đứng; 25 - trục đòn quay; 26 - chốt định vị; 27 - đệm
chặn; 28 - vít điều chỉnh; 29 - bulông; 30, 31 - phớt làm kín; 32 - gioăng làm kín; 33 nút tháo dầu.
-Khi quay vòng phải: Khi vành lái quay sang phải trục vít có xu hướng đẩy
pittông sang phía trái. Nhưng lúc này do pittông ăn khớp với cung răng đòn quay, bị
mômen cản quay vòng giữ lại nên pittông đứng yên còn trục vít bị tịnh tiến theo hướng
ngược lại sang bên phải. Do phần trên của trục vít mang con trượt phân phối nên con
trượt phân phối cũng dịch chuyển sang phải so với vỏ van phân phối. Kết quả là van
phân phối mở cửa dầu cấp đến khoang phải của pittông làm pittông dịch chuyển sang
trái thực hiện trợ lực để quay đòn quay đứng và qua dẫn động lái để quay bánh xe dẫn
hướng sang phải. Dầu ở khoang phía trái của pittông theo đường dẫn qua van phân
phối để trở về bình chứa.
- Khi quay vòng trái: Khi quay vòng sang trái từ vị trí trung gian hoặc từ vị trí
đã quay vòng sang phải thì quá trình sẽ diễn ra ngược lại với khi quay vòng sang phải.
Lúc này trục vít 8 sẽ bị dịch chuyển sang trái mang theo cả van phân phối dịch chuyển
sang trái theo. Van phân phối sẽ mở cửa dầu cấp đến khoang bên trái của pittông làm