Đồ án hệ thống lái xe du lịch 5 chỗ (Link Cad: http://bit.ly/hethonglaixecon)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

Mục Lục

1

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

MỞ ĐẦU
Ngày này, nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển, trên hầu hết các
lĩnh vực của nền kinh tế xã hội.
Ngành công nghiệp nói chung và nền công nghiệp ô tô nói riêng đang trong
thời kỳ hoàn thiện và phát triển vượt bậc, đảm bảo phục vụ lợi ích tốt nhất của con
người, với yêu cầu kỹ thuật và chất lượng không ngừng nâng cao.
Với ngành công nghiệp ô tô, để đảm bảo tính tiện nghi, an toàn cho người sử
dụng thì việc thiết kế một hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là một
điều rất cần thiết trong xã hội hiện đại. Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay
vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa,

bảo dưỡng và phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng.
Cũng vì thế mà hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế
chế tạo và sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp
em được giao nhiệm vụ :‘‘Thiết kế hệ thống lái cho ôtô du lịch, loại 5 chỗ ngồi ”.
Do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án này tập trung vào cơ cấu lái
và tính toán cường hóa lái là chủ yếu. Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi
những sai sót, rất mong được các thầy hướng dẫn và các bạn tận tình giúp đỡ.
Em xin chân thành cảm ơn!

2

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1 Công dụng
Hệ thống lái giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô (thay đổi hay
duy trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều
khiển khác thực hiện điều khiển ô tô và đóng góp vai trò quan trọng trong việc đảm

bảo an toàn giao thông khi ô tô chuyển động. Hệ thống lái bao gồm các cụm và chi
tiết từ cơ cấu điều khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiển hướng chuyển động
toàn xe.
1.2 Yêu cầu của hệ thống lái
1. Giữ chuyển động thẳng, ổn định.
2. Quay vòng ngoặt trên diện tích bé, thời gian ngắn.
3. Động học quay vòng phải đúng, để các bánh xe không bị trượt.
4. Lái phải nhẹ nhàng, thuận tiện.
5. Giảm va đập từ mặt đường lên vô lăng.
6. Hạn chế tối đa ảnh hưởng của hệ thống treo với hệ thống lái,nhằm đảm bảo
khả năng điều khiển hướng của ô tô khi hoat động trên đường xấu.
1.3 Phân loại
Có nhiều cách phân loại hệ thống lái:
a) Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng.
-

Các bánh dẫn hướng ở cầu trước.

-

Các bánh dẫn hướng ở cầu sau.

-

Các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu.

b) Phân loại hệ thống lái theo kiểu truyền lực.

- Hệ thống lái cơ khí.
- Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, hoặc kết hợp…

3

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

c) Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

- Trục vít – bánh vít.
- Trục vít - cung răng .
- Trục vít – con lăn.
- Trục vit – chốt quay.
- Cơ cấu lái loại liên hợp ( trục vít, ê cu, cung răng ).
- Bánh răng – thanh răng.
d) Phân loại theo bố trí vành lái .
-

Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải ).

-

Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái ).

2. Kết cấu hệ thống lái
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực:

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành tay lái

5.Thanh kéo dọc

2.Trục lái.

6.Đòn quay ngang

3.Cơ cấu lái.

7.Hình thang lái

4.Đòn quay đứng

4

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

5

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

2.1.Vô lăng
Vô lăng có dạng vành tròn, có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác động của người lái
và truyền vào hệ thống lái
2.2.Trục lái
Trục lái thường có dạng ống, nó đảm nhận việc truyền mômen từ vô lăng tới
cơ cấu lái
2.3.Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển
động quay vòng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và đảm bảo
tỉ số truyền theo yêu cầu.
Về bản chất, cơ cấu lái là hộp giảm tốc và có nhiệm vụ tăng mômen truyền
từ vô lăng tới các bánh xe dẫn hướng. Các thông số đặc trưng cho cơ cấu lái gồm tỷ
số truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch.
a) Tỷ số truyền cơ cấu lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái được định nghĩa như sau:
ic =

ω1
ω 2 trong đó:
-

ω1 : Là góc quay của vô lăng

-

ω 2 : Là góc quay của trục đòn quay đứng

Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể không đổi hoặc thay đổi. Quy luật thay đổi tỷ số
truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ sau:








5




Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

6

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

Hình 1.2 Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái
và góc quay của vành tay lái.
* Iω = góc quay của vô lăng /góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái trục
răng - thanh răng ).
* Phân tích đồ thị:
Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với

vận tốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung
gian, nên tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng. Hơn
nữa tỷ số truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vô
lăng.
Ở các góc đánh lái lớn thì tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạt
hơn, cho phép ô tô có thể quay vòng trong những chỗ hẹp, bán kính quay vòng nhỏ.
Tuy nhiên cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp, đắt tiền. Vì vậy với
hệ thống lái có trang bị trợ lực thì nên sử dụng cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi.
b) Hiệu suất cơ cấu lái
Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch
* Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vô lăng tới bánh xe. Hiệu suất
này càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là lái càng nhẹ hơn
* Hiệu suất nghịch: là hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vô lăng, vì vậy
khi thiết kế cơ cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặt
đường lên vô lăng.
Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, các lực va đập từ mặt đường truyền
ngược lên vô lăng giảm đi đáng kể. Đây là một ưu điểm của cơ cấu lái cần được tận
dụng tối đa. Tuy nhiên, nếu chọn hiệu suất nghịch quá bé thì vô lăng sẽ mất khả
năng tự trở về vị trí trung gian nhờ các mô men ổn định. Bởi vậy trong khi thiết kế
nên chọn hiệu suất nghịch ở mức độ hợp lý.

6

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

7

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

c) Các yêu cầu của cơ cấu lái
Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo. Vì vậy cơ
cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.
+ 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.

Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt giá
trị max khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt nhỏ
nhất khi tốc độ của xe lớn nhất.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặt
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.
d) Các dạng cơ cấu lái thông dụng
Hiện nay trên ô tô thường sử dụng các loại cơ cấu lái như:
+ Loại bánh răng – thanh răng,
+ Loại trục vít glôbôit – con lăn,

+ Loại trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng,
+ Loại trục vít – cung răng,
Ngoài ra còn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng – cung răng…

7

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

8

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

3. Các góc đặt bánh xe
Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều
khiển xe, tính ổn định chuyển động của ôtô. Các yêu cầu chính của việc bố trí là
điều khiển chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng
như khi quay vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác. Đối với xe con yêu
cầu này ngày càng được quan tâm và được nâng cao hơn vì vận tốc của xe không
ngừng được nâng lên.Trên cầu dẫn hướng các bánh xe dẫn hướng được bố trí và
quan tâm thích đáng. Ở các bánh xe không dẫn hướng thì việc bố trí cũng đã được
chú ý, song bị hạn chế bởi giá thành chế tạo và sự phức tạp của kết cấu nên việc bố
trí vẫn được tuân thủ theo các điều kiện truyền thống.
Ô tô có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh
vô lăng. Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên
tục lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực

lớn để quay vòng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thần
khi điều khiển xe. Đó là điều không mong muốn, vì vậy để khắc phục được các vấn đề
nêu trên thì các bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định tuỳ theo yêu cầu
nhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng của từng loại. Những góc này
được gọi chung là góc đặt bánh xe.
Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theo
một góc chính xác theo yêu cầu thiết kế . Các góc đặt bánh xe đúng sẽ ngăn cản
việc mài mòn lốp. Nếu như 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 ).
Góc đặt bánh xe gồm các góc sau :
+ Góc nghiêng ngang của bánh xe ( Góc Camber )

8

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

9

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

+ Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc ( Góc Caster và khoảng

Caster )
+ Góc nghiêng ngang trụ đứng ( Góc Kingpin )
+ Góc doãng ( Độ chụm và độ mở )
3.1. 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.
Khi bánh xe dẫn hướng nghiêng ra ngoài thì gọi là góc “CAMBER dương”, và
ngược lại gọi là góc”CAMBER âm. Bánh xe không nghiêng thì CAMBER bằng
không (bánh xe thẳng đứng ).

9

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

10

(+)

(-)

CAMBER

10

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

11

Hình 1.8 Góc nghiêng ngang bánh xe.
* Chức năng của góc nghiêng ngang bánh xe:
Những năm về trước bánh xe được đặt với góc CAMBER dương để cải
thiện độ bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do
trọng lượng của xe ) nhằm ngăn ngừa sự mòn không đều của lốp trên đường, do có
phần giữa cao hơn hai bên.
Góc camber còn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va đập của
mép lốp với mặt đường. Khi góc CAMBER bằng không hoặc gần bằng không có
ưu điểm là khi đi trên đường vòng bánh xe nằm trong vùng có khả năng truyền lực
dọc và lực bên tốt nhất.
90 xe bị nghiêng theo chiều ngược
Góc CAMBER ngăn ngừa khả năng bánh
0

lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi
tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lực
tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảm
lực lên vành tay lái.

Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe
nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe
trong nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt
đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc
CAMBER thường âm.
3.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng ( caster và khoảng caster )
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau
của trụ đứng. Nó được đo bằng độ, và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng
và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau
thì gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm.
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.
Góc Caster và khoảng Caster được thể hiện ở hình sau:
11

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

12

(-)
Góc Caster

()

V

c

Hình 1.9 Caster và khoảng Caster .
* Tác dụng của góc Caster :
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào
đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vào
đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các
phản lực bên Yb.
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 = Yb.c
Mômen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi
nó bị lệch khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để
khắc phục mô men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen này phụ
thuộc vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số
của góc Caster bằng khoảng từ 00 đến 30.
3.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng ( Kingpin )
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của
xe. Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt
ngang đó và phương thẳng đứng .

12

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

13

Kingpin

13

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

14

Hình 1.10 Góc KingPin
* Tác dụng của góc KingPin:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ
đứng với khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quay
quanh trụ đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng
nằm ngang của bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm
của vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. 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 r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm
r0 là tạo CAMBER dương và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo góc
KingPin .
Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía, nếu khoảng cách lệch
r0 quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi
phanh sẽ sinh ra một mômen quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe
(-)
bị kéo sang một phía có phản lực lớn hơn. Các va đập từ mặt đường
tác dụng

lên các bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và bị đẩy ngược.
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. Tức là khi quay
vòng, quay vô lăng để quay vòng xe, người lái phải tăng lực đánh lái, nếu bỏ
lực tác dụng lên vô lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri đi thẳng ).
Để giữ cho xe quay vòng thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất định
nào đó. Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay vòng là 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.
3.4. Độ chụm và độ mở ( góc doãng )
Độ chụm của bánh xe là thông số biểu thị góc chụm của 2 bánh xe
dẫn hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm là góc xác định
trên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song với mặt
14

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

15

phẳng đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh xe
lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe .
Thông thường 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 là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0 .
Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của
vành tay lái. Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe
lăn phẳng hoàn toàn.
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
Pf 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.

v
A
B
Hình 1.11 Độ chụm bánh xe
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.
Trên xe con độ chụm thường có giá trị từ 2 ÷ 3 mm.
15

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

16

3.5. Bán kính quay vòng (góc bánh xe , bán kính quay vòng )

O

O'

Hình 1.12 Sự trượt bên khi quay vòng .
Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt
lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất
cả các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời
của xe.
Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên
trái thì các thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt
được bán kính quay vòng mong muốn.

r1>r2

r2
r1

O

Hình 1.13 Sơ đồ quay vòng
16

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

17

Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe
quay với bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra
một lực ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hướng tâm. Lực
hướng tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và
mặt đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng.
4. Dẫn động lái
Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến
ngõng quay của bánh xe. Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năng

sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện

tượng trượt tương đối giữa các bánh xe với nhau, 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.
Quan hệ hình học của ACKERMAN.
Quan hệ hình học của ACKERMAN là biểu thị quan hệ góc quay của các
bánh xe dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay vòng tức thời của xe
nằm trên đường kéo dài của tâm trục cầu sau.

17

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

18

α
β

Hình 1.14 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 :
Trong đó :

cot gα − cot g β =

B0
L (1)

L : Chiều dài cơ sở của xe.
B0 : Khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng.
α, β: Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong.
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,
18

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

19

có kích thước và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình
học của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay
bánh xe dẫn hướng lớn. Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0 030’ đến 10 khi bánh xe
dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp.
* Có hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình được trình bày theo hình dưới
đây:
+ 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.
Phương pháp bố trí được trình bày như hình dưới đây.

v

v

§ßn kÐo ngang

DÇm cÇu liÒn

b)

a)

Hình1.15 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.

19

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

Đòn kéo ngang

20

V

a
V

b

Hình 1.16 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.

Hiện nay trên xe con thông dụng là hệ thống treo độc lập, do vậy
dẫn động lái có rất nhiều đòn và khớp.
Trên xe tải thông dụng là hệ thống treo phụ thuộc, do vậy sử dụng
hình thang lái Đantô. Trên một số xe tải hạng nặng, xe siêu trường, xe siêu
trọng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai hình thang lái 4
khâu Đantô. ( như xe HUYNĐAI 18 tấn ).
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ
của các cánh tay đòn. Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền của các dẫn
động lái thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.
* Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái.
- Khớp cầu : Khớp cầu dùng trong hệ thống lái có 2 dạng:
Khớp cầu bôi trơn thường xuyên và khớp cầu bôi trơn một lần. Ngày nay
khớp cầu dùng cho xe con là loại không cần bảo dưỡng (bôi trơn một lần ). Khớp cầu
dùng cho xe tải là khớp cầu bôi trơn thường xuyên. Khớp cầu bôi trơn 1 lần bao gồm
các loại sau: loại có bạc kim loại, loại bạc nhựa và loại bạc cao su.
20

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

21

Ở các hệ thống lái có đòn quay, các đòn phụ chỉ đảm nhận mối quan hệ
dịch chuyển hình học, lực tác dụng nên khớp nhỏ do vậy dùng loại khớp cầu có bạc
cao su.
Khớp cầu có bạc nhựa liền khối, có biến dạng rất nhỏ và chịu ma sát tốt,
giá thành không cao loại này được sử dụng rộng rãi trên các xe con hiện nay.
Khớp cầu có bạc kim loại chỉ dùng trên các xe thể thao vì yêu cầu độ bền cao.
- Các đòn dẫn động lái: Thông thường các đòn dẫn động lái có hai dạng là
dạng có kích thước cố định (hình thang lái) và loại có thể thay đổi được chiều dài
(đòn kéo dọc). Hình dạng của các đòn tuỳ thuộc vào vị trí, kết cấu và khoảng
không gian cho phép khi dịch chuyển nhưng phần lớn các đòn có tiết diện tròn và
rỗng. Trên các đòn kéo dọc (điều chỉnh độ chụm của bánh xe), thì hai đầu là khớp
cầu, trên thân hai đầu là ren ngược chiều nhau để khi điều chỉnh chỉ phải xoay đòn
kéo. Thân khớp cầu bắt với các đòn qua các bề mặt, còn hãm bằng chốt chẻ.
- Giảm chấn của hệ thống lái :Để nâng cao chất lượng của xe, trên một số
loại xe có dùng giảm chấn trong hệ thống lái. Trong hệ thống lái có cường hoá thì
cường hoá đóng vai trò như một giảm chấn.
Tác dụng của giảm chấn là dập tắt các dao động từ mặt đường lên vành
tay lái, ổn định vành lái khi đi trên đường xấu.
5. Cường hóa lái.
5.1. Đặt vấn đề
Ta thấy lực cản quay vòng tỉ lệ thuận với trọng lượng xe phân lên cầu trước
dẫn hướng. do vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vòng càng lớn.
lực cản quay vòng tăng tới một giới hạn nào đó thì người lái không điều khiển vô
lăng được nữa. Trong trường hợp đó cần có một bộ phận hỗ trợ cho người lái khi
quay vòng xe. Người ta gọi bộ phận đó là trợ lực lái.
Do trợ lực lái phải có nguồn năng lượng, các van điều khiển, bộ phận sinh
lực,… đòi hỏi chế tạo có độ chính xác cao nên bộ phận trợ lực đắt tiền và chỉ được
dùng trên các xe tải lớn và rất lớn. tuy nhiên do sự tiến bộ của kỹ thuật, công nghệ

21

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

22

làm hạ giá thành các chi tiết cộng với sự đòi hỏi ngày càng cao tính tiện nghi cho
người lái cho nên trợ lực lái ngày nay được áp dụng cả trên xe tải nhỏ và xe du lịch.
Nguồn năng lượng cung cấp cho trợ lực lái có thể là chất lỏng áp suất cao,
khí nén, điện,… tương ứng sẽ có các loại trợ lực thủy điện, trợ lực khí nén, trợ lực
điện,…do đó ta có các loại trợ lực lái sau:
-

Trợ lực thủy lực được dùng nhiều hơn cả vì kết cấu gọn, dễ bố trí.

-

Trợ lực khí nén về nguyên tắc giống trợ lực thủy lực, nhưng do áp suất khí
nén nên kết cấu trợ lực khí nén cồng kềnh và do đó ít được sử dụng.

-

Trợ lực điện cũng gọn nhưng bộ phận sinh lực thường là động cơ điện nên

đảo chiều khó khăn do rô to có mô men quán tính nhất định. Do vậy trợ lực
điện cũng ít được sử dụng.

* Trợ lực lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
-

Khi bộ phận trợ lực lái hỏng, hệ thống lái vẫn làm việc được. lúc này lực
người lái sinh ra để điều khiển vô lăng lớn hơn, tuy vậy người lái vẫn có thể
đưa xe về nơi sửa chữa được.

-

Phải đảm bảo cảm giác cho người lái khi lái xe. Để đảm bảo cảm giác cho
người lái phải:

+ Bộ cường hóa chỉ bắt đầu hoạt động khi lực tác dụng lên vô lăng đạt được một
giá trị nhất định ( khoảng 30N ).
+ Lực trên vô lăng tỷ lệ thuận với lực cản quay vòng.
Để lái thuận tiện trung bình lực trên vô lăng khoảng 40 – 70 N, cực đại khoảng
100 – 150 N. 5.2 Kết cấu trợ lực lái
Một số sơ đồ hệ thống lái có trợ lực:
Sơ đồ 1: Cơ cấu lái, van phân phối và bộ phận sinh lực được bố trí riêng rẽ.

22

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

7

23

8
1

3

2
5

4

6

Hình 1.17
Cấu tạo gồm:
1: Nguồn cung cấp chất lỏng ( dầu áp suất cao )
2: Bộ phận sinh lực ( xi lanh lực )
3: Cơ cấu lái
4: Van phân phối
5, 6: Đường dầu dẫn từ van phân phối tới xi lanh lực và ngược lại
7: Đường dầu từ bình chứa tới van phân phối
8: Đường dầu hồi
Sơ đồ 2: Cơ cấu lái và van phân phối được bố trí trên cùng một khối.

Hình 1.18

23

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

24

Sơ đồ 3: Van phân phối và bộ phận sinh lực được bố trí trên cùng một khối.
5

6

7

8

Hình 1.19
Sơ đồ 4: Cơ cấu lái, van phân phối, xi lanh lực bố trí trên cùng một khối.

Hình 1.20
Van phân phối được điều khiển bởi tín hiệu từ vô lăng tức theo góc quay và
lực tác dụng lên vô lăng. Cũng như các bộ trợ lực của các hệ thống lái khác, van

phân phối đảm bảo tính chép hình cho hệ thống, cụ thể là đảm bảo tỉ lệ thuận giữa
lực điều khiển trên vô lăng với áp suất chất lỏng đi đến bộ phận sinh lực.
Nguyên lý làm việc của trợ lực:
Khi quay vòng sang phải, van phân phối nối đường dầu 6 với đường dầu 8
và đường dầu 5 với đường dầu 7.Chất lỏng từ bơm đi đến khoang dưới của xi lanh

24

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI

25

sinh lực đẩy piston đi lên, đẩy bánh dẫn hướng quay sang phải. Dầu ở khoang trên
xi lanh lực sẽ theo đường 6 về đường 8 và hồi về bơm.
Nguồn cung cấp trong đó chủ yếu là bơm thủy lực, được kéo bởi động cơ ô
tô, cung cấp chất lỏng áp suất cao cho hệ thống, bộ phận sinh lực là một xi lanh lực,
chất lỏng dùng trong hệ thống là dầu thủy lực.
5.2.1 Nguồn cung cấp
Bao gồm bơm thủy lực, bình chứa dầu, các van an toàn, ác quy thủy lực. Bơm
thủy lực thường dùng là bơm cánh gạt, bơm bánh răng, áp suất chất lỏng có thể đạt
0,4 – 0,6 MN/m2.
- Nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt :
Bơm cánh gạt gồm các bộ phận sau: vòng cam, rô to, cánh và van điều khiển

lưu lượng. Khi rô to quay trong vòng cam, vòng cam bắt chặt với vỏ bơm. Trong rô
to có các rãnh các cánh gạt đặt trong các rãnh đó. Vòng ngoài của rô to dạng hình
tròn, mặt trong của vòng cam là hình ôvan nên tạo khe hở giữa rôto và vòng cam.
Các rãnh gạt chia các khe hở này thành các buồng dẫn.

25

Nguyễn Văn A - Lớp Ô tô và xe chuyên dụng K57 - ĐHBKHN

25