nghiên cứu hệ thống lái cho xe tải hyundai 2 5 tấn

1

Lời nói đầu
Ngày nay, nhu cầu về giao thông vận tải ở nước ta ngày càng tăng cùng
với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế. Ôtô đóng một vai trò rất quan
trọng trong giao thông vận tải. Số lượng hành khách và hàng hoá được vận
chuyển bằng ôtô chiếm một số lượng lớn trong tổng số hành khách và hàng
hoá vận chuyển hàng năm của tất cả các loại phương tiện. Đó là do ôtô có
khả năng cơ động cao, có thể vận chuyển được hàng hoá trên nhiều loại địa
hình.
Do điều kiện kinh tế xã hội ở nước ta mà số lượng ôtô tải chiếm một số
lượng lớn. Trong đó, những loại xe ôtô có tải trọng trung bình với ưu điểm
về khả năng cơ động và mang lại hiệu quả kinh tế khi vận chuyển khối
lượng hàng hoá nhỏ trên một quãng đường trung bình.
An toàn chuển động trong giao thông vận tải bằng ôtô là chỉ tiêu hàng
đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện này.
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động
của ôtô là hệ thống lái. Trong quá trình chuyển động trên đường, hệ thống
lái có ảnh hưởng rất lớn đến an toàn chuyển động của xe nhất là ở tốc độ
cao , do đó chúng không ngừng được hoàn thiện. Hầu hết các loại xe tải có
tải trọng trung bình ở nước ta hiện nay đều được sản xuất từ năm 1992 trở
về trước. Các xe này đều không có hệ thống trợ lực lái. Chính vì vậy mà em
được giao nhiệm vụ nghiên cứu hệ thống lái cho xe tải Hyundai 2.5 tấn
Sau hơn một tháng, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình
thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ
bảo và ghóp ý của các thầy và các bạn. Trong quá trình làm đồ án, em đã
được sự hướng dẫn tận tình của thầy Thân QuốcViệt và sự giúp đỡ của các
bạn cùng lớp. Em xin chân thành cảm ơn!


2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
I. MÔ TẢ CHUNG HỆ THỐNG LÁI.
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.
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 θvl xe sẽ quay vòng
với một bán kính quay vòng R0 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.


3

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 θvl. 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 θvl.
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

Ro
Tr¹ng th¸i quay vßng
thõa: Rqv
O
O1

O1
O

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.
3. Phân loại hệ thống lái.
Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:
3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng.
+Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).
+Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).
3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.
+Hệ thống lái cơ khí.

Rqv

Tr¹ng th¸i quay vßng
thiªu: Rqv>Ro

Rqv

Ro

tốc lớn .


4
+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.
3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.
+Cơ cáu 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.
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).
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 thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.


5
II. CÁC BỘ PHẬN HỢP THÀNH HỆ THỐNG LÁI ÔTÔ.

7

9

8

A

B
6

3
5
4

2
1

Hình 1.2-Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1.Vành lái
2.Trục lái
3.Cơ cấu lái
4.Đòn quay đứng
5.Đòn kéo dọc
6.Hình thang lái
7.Đòn quay ngang
8.Trụ xoay đứng
9.Bánh xe


6
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.
Mvl=Pl.rvl.
Trong đó:
Mvl : Là mô men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái.
Vành lái của bất kỳ loại ôtô nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con
không được vượt quá 8 0 .
2. 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 .
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 .


7
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 …
3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái:

25

Tỷ số truyền cơ cấu lái i c là tỷ số

20
15

giữa góc quay của bánh lái và góc quay

10

của đòn quay đứng.
dθ ωθ
(1-1)
=
d Ω ωΩ
ωθ : góc quay bánh lái
ωΩ : góc quay đòn quay đứng
ic =

5

720 540 360 180

180

360 540 720

Hình 1.3: Quy luật thay đổi tỷ
số truyền ic của cơ cấu lái


8
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 450 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.
3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái id
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
3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il
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.
il =

pc
pl

pc =

Mc
c

(1 - 2)
, pl =

Ml
r

(1 - 3)


9
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.
Ml - mômen lái đặt trên vành lái.

r - bán kính vành tay lái.
Như vậy ta có:
il =

Mc r
.
c Ml

(1 - 4)

Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỷ số truyền
góc ig không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn
trong khoảng từ 10 ÷ 30.
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.
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.
3.7 Một số loại cơ cấu lái thường dùng:
3.7. 1. Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

10
+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.
+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.

Hình 1.4: 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.
3.7. 2. Cơ cấu lái trục vít con lăn

A-A

Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng

3
1

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

1
1

2
1

B
Nh×n theo B

A

A

ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.
Hình 1.5
Cơ cấu lái trục vít
con lăn


11
3.7.3.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.
1

2

3

6 kiểu
4 Hình 1.6- Cơ5cấu lái
7 bi tuần hoàn.

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
10 vít và trục
sát giữa trục
9 rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).

8

4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay
của bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra
hiện tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết
giữa các bánh xe dẫn hướng.
+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước,
đòn kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô
lăng một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định.
Hình thang lái có thể bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố
trí chung.
Quan hệ hình học ACKERMAN.


12
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 .

L

H
ì
n
α
h

2
O
B
.1
1
Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.
S
Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu)
ơ
phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định
đ
theo biểu thức sau :
ồ
b α=B
Cotg β − Cotg
(1- 5)
L
i
Trong đó :
ể
L : chiều dàiucơ sở của xe.
d cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt
B0 : khoảng
i
phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường .
ễ
α, β : Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài
n
Để đảm bảo điểu kiện
c (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu

á Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều
gọi là hình thang lái Đantô.
kiện trên, song do kết ccấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một
k
chủng loại xe, có kích thước
và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch
í
trong quan hệ hình học
c của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học
ACKERMAN chỉ nằm hở góc quay bánh xe dẫn hướng lớn. Giá trị sai lệch
t
h
β

β

ư
ớ
c


ủ
a
13
đ
ò
so với lý thuyết từ 0030’ đến 10 khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay vòng
n
gấp.
q

Đối với dầm cầu liền,
u hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh
a
lái Đantô như sau:
y
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động
đ
các bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu
ứ
(rotuyl lái). Các đòn bên quay quanh đường tâm trụ đứng (hình 1.8)
n
g.
v
v

Rs

DÇm cÇu liÒn

§ßn kÐo ngang

a)

b)

Hình 1.8 - 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 1.9:

Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu.


14
b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.
Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn
hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô.

Hình 1.10 Bố trí hai cầu trước dẫn hướng
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm
trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.
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).
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.
(-)

(+)
CAMBE
R

9
00


15
Hình 1.11- Góc CAMBER.
Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược
lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong
các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay
đòn
của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng
lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái.
Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe
nghiêng theo hướng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các
bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần
vuông góc với mặt đường để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ
cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thường âm.


16
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.
(-)
Góc
Caster

(+)

V

c
Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm
khi bánh xe vào đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần
của trọng lượng xe khi xe đi vào đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc
của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên 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

(1- 6)

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 00đến 30.


17
5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của
xe. Góc Kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên
mặt cắt ngang đó và phương thẳng đứng.
Kingpin

(+)

(-)

9
° 0

Hình 1.13 - Góc KingPin
Tác dụng:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch
tâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r 0. Nếu r0 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 (tạo góc KingPin) .
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho
các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có
mômen phản lực (gọi là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên

bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc
KingPin.
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.


18
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.
A

B

Hình 1.14 Độ chụm
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P f ngược
chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P f
này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 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.
P
f

P
f

V

R
0

R
0

Hình 1.15 - 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.


19
6. Hệ thống lái có trợ lực.
6.1. Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của
người lái. Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển
động khi xe có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành
tay lái. Ngoài ra để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện
đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt
đường. Kết quả là cần một lực lái lớn hơn.
Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ,
phải có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái.

6.2. Phân loại hệ thống trợ lực lái.
Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh
Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong
cơ cấu lái.
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn
kéo
Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân
phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm
cánh gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
6.3 . Nguyên lý trợ lực lái.
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để
giảm nhẹ lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên


20
piston nằm trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của
thanh răng. Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng
lên piston. Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.
6.3.1. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).
Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất
cả dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và
bên phải piston là như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào.

Khối van điều khiển

Bơ
m

Xy lanh lực
Piston
Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian


21
6.3.2. Khi quay vòng .
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì
van điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở
rộng hơn. Vì vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất
dầu được tạo ra. Như vậy tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và
phải của piston. Sự trênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có
áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ được đẩy qua van điều khiển về bơm.

Khối van
điều khiển

Xy lanh lực

Bơm

Piston

Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.


22

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI
I . CÁC THÔNG SỐ CỦA XE THIẾT KẾ .

1. Tự trọng : 2750 kG
2. Tải trọng:2500 kG
3. Trọng lượng phân bố lên cầu trước:
-Lúc không tải : 1402,5 kG
-Lúc có tải

: 2166 kG

4. Trọng lượng toàn bộ:5415 kG
5. Động cơ : D4AF
6. Dung tích: 3568 (cc)
7. Công suất động cơ: Ne = 100 ps/rpm.
8. Hệ thống phanh : phanh dầu dẫn động 1 dòng có trợ lực chân không.
9. Hệ thống treo : phụ thuộc.
10.Cơ cấu lái :trục vít glôbôit-con lăn hai răng có tỷ số truyền iω = 20,5.
11.Tốc độ tối đa : vmax = 96 (km/h).
12.Cỡ lốp :-Lốp trước : 7.00x16 – 10PR; -Lốp sau : 106R16 – 12PR
13.Chiều dài cơ sở của xe : 3360 (mm)
14.Chiều dài toàn bộ của xe : 6183 (mm)
15.Chiều rộng cơ sở của xe : 1650 (mm)
16.Chiều rộng toàn bộ :2010 (mm)
17.Chiều cao : 2210 (mm)
18.Bán kính quay vòng min : 6,5 (m).
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .
2.1. Chọn phương án dẫn động lái.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái ĐANTÔ, nó được tạo
bởi cầu trước, đòn kéo ngang và các đòn kéo bên. Sự quay vòng của ôtô rất
phức tạp,

23
để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài
khi quay vòng là một điều khó thực hiện. Hiện nay người ta chỉ đáp ứng gần
đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên
hình thang lái. Với xe thiết kế có hệ thống treo phụ thuộc, do đó chọn
phương án dẫn động lái với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4 khâu).
2.2. Chọn phương án cơ cấu lái.
Dựa vào những ưu điểm đã trình bày trong phần tổng quan cơ cấu lái, ta
chọn phương án cho cơ cấu lái là loại trục vít - con lăn.
Cơ cấu lái loại này có ưu điểm là hiệu suất cao (0,65 - 0,7), độ bền cao, dễ
dàng phối hợp với van phân phối và xy lanh của cường hoá thuỷ lực và hệ
thống lái 4 khâu.
III. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HÌNH THANG LÁI.
Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông
số tối ưu của hình thang lái, đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe
dẫn hướng.
1. Xây dựng đường cong lý thuyết:

sơ đồ nguyên lý quay vòng


24
Từ lý thuyết quay vòng, để bánh xe lăn tinh khi quay vòng thì hệ thống
lái phải đảm bảo mối quan hệ dưới đây của các bánh xe dẫn hướng.
cotgα - cotgβ =

B
L

(1.1)

trong đó: B – khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng, B =1500 (mm)
L – chiều dài cơ sở của Ôtô,

L = 3360 (mm)

α - góc quay bánh xe dẫn hướng phía ngoài,
β - góc quay bánh xe dẫn hướng phía trong,
Xác định góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng phía trong βmax:
L
βmax = arctg

R min −

B
2

(1.2)

với : Rmin – là bán kính quay vòng nhỏ nhất của Ôtô, Rmin = 6,5 (m)
3360
1500 = 30,30 hay 30018’
⇒βmax = arctg
6500 −
2
Từ 1.1 qua các phép biến đổi ta có :
α = arctg

L
B + L cot gβ

(1.3)

thay số vào 1.3 ta có phương trình :
α = arctg

3360
1500 + 3360 cot gβ

2. Xây dựng đường cong thực tế:
Sơ đồ hình thang lái:

(1.4)


25

Các thông số của hình thang lái:
B = 1500 (mm); n = 1400 (mm); m = 150 (mm); θ = 19030’
Xây dựng mối quan hệ α = f(β) với các thông số trên :
Theo hình vẽ ta có:
B = AH = EG = ED’ + D’F + FG
ED’ = AD’.sin(θ + β) = m.sin(θ + β)
FG = HC’.sin(θ - α) = m.sin(θ - α)
⇒ D’F = AH – ED’ – FG
D’F = B – m.sin(θ + β) – m.sin(θ - α)

(1.5)

Mặt khác ta có:

D’F =
⇒ D’F =

( D' C ' ) 2 − ( C ' F )

2

2
( B − 2.m. sin θ) 2 − ( m. cos( θ − α ) − m. cos( θ + β) ) (1.6)

Kết hợp 1.5 và 1.6 và biến đổi ta được:
m cos( θ + β)
m + 2B sin θ − 2m sin 2 θ − B sin( θ + β)
α = θ + arctg
− arcsin
(1.7)
2
B − m sin( θ + β)
m 2 cos 2 ( θ + β) + ( B − m sin ( θ + β) )
thay số vào 1.7 và biến đổi ta có :
cos(19,5 0 + β )
1 + 20 sin 19,5 0 − 2 sin 2 19,5 0 − 10 sin (19,5 0 + β )
α = 19,5 + arctg
− arcsin
2
10 − sin (19,5 0 + β )
cos 2 (19,5 0 + β ) + (10 − sin (19,5 0 + β ) )
0

(1.8)

3. Lập bảng và vẽ đồ thị: Từ 1.4 và 1.8 ta có bảng: