Tính toán thiết kế hệ thống lái dựa trên xe huyundai grandi10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

MỤC LỤC

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-1-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

LỜI MỞ ĐẦU
Ngành ôtô hiện nay đang giữ một vị trí quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã
hội. Ôtô là một phương tiện được sử dụng phổ biến và đang phát triển ở nhiều lĩnh vực
khác nhau như công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vẫn tải, quốc phòng
an ninh...
Trên nền tảng đất nước đang trên đà phát triển lớn mạnh về kinh tế, ngành công
nghiệp ôtô ở nước ta ngày càng được chú trọng và phát triển. Nhiều nhà máy, công ty
liên doanh lắp ráp ô tô giữa nước ta với nước ngoài được thành lập với các thương
hiệu lớn như: HONDA, TOYOTA, HYUNDAI, DAEWOO... Một vấn đề lớn đặt ra đó
là việc nắm vững lý thuyết, kết cấu của các loại xe hiện đại, của từng hệ thống trên xe
để từ đó khai thác và sử dụng xe một cách có hiệu quả cao, đáp ứng yêu cầu khai thác,
an toàn, tiết kiệm.
Một trong những hệ thống quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Hệ thống lái có
chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, đảm bảo tính năng ổn định chuyển

động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Hệ thống lái có ảnh hưởng
rất lớn đến tính an toàn chuyển động và quỹ đạo chuyển động của ô tô, đặc biệt đối với
xe có tốc độ cao. Do đó người ta không ngừng cải tiến hệ thống lái để nâng cao tính
năng của nó.
Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã chọn và thực hiện nhiệm vụ
đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống lái dựa trên xe Hyundai
Grand i10”.
Vĩnh yên, ngày tháng năm 2018.
Sinh viên

Nguyễn Tiến Anh

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-2-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1. NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI
Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải có
kinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác điều khiển. Mặt khác, để thuận tiện cho
người vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ôtô phải đảm bảo tính năng an toàn
cao. Mà hệ thống lái là một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó. 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.
1.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô chuyển động theo một
hướng xác định nào đó và để 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:
- Cơ cấu lái, vô lăng và trục 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 đúng;
- Trợ lực lái: Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng của người lái bằng nguồn năng lượng
từ bên ngoài.
1.1.2. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:
+ Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí
trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 15 0 khi có trợ
lực và không lớn hơn 50 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 ngắn, trên một diện tích 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;

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-3-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc gặp
chướng ngại vật;
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: Lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng
(Plmax) được quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
÷
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax 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.
1.1.3. Phân loại
* Theo vị trí bố trí vô lăng
- 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, Thuỵ 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 số lượng bánh xe 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 cơ cấu lái

- Cơ cấu lái kiểu trục vít - cung răng;
- Cơ cấu lái kiểu trục vít - con lăn;
- Cơ cấu lái kiểu trục vít - chốt quay;
- Cơ cấu lái kiểu liên hơp (trục vít - ê cu - cung răng);
- Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.
* Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ trợ lực
- Trợ lực thuỷ lực;
- Trợ lực khí (khí nén hoặc chân không);
- Trợ lực điện;
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-4-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

- Trợ lực cơ khí.
1.2. KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI THƯỜNG DÙNG TRÊN Ô TÔ
1.2.1. Hệ thống lái với cơ cấu 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, 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 1.1). 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. Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay
lõm. Khi trục vít có dạng lõm 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.
2
1

A

A-A

3

A

4

Hình 1.1. Cơ cấu trục vít - cung răng
1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.
Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức:
iω =

2π R0
tZ t

(1.1)

Trong đó:
R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng;

t - Bước trục vít;
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-5-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Zt - Số mối ren trục vít.
Góc nâng của đường ren vít thường từ 8 ÷ 12 0. Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay
đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên thay đổi từ 0,03 ÷ 0,05 mm. Sự thay đổi
khe hở này được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có
bán kính khác nhau.
1.2.2. Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - con lăn

Hình 1.2. Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành
1-T rục 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 1.2) 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: ηt = 0,77 - 0,82;
- Hiệu suất nghịch: ηn = 0,6;
- Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-6-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn được bố trí lệch
với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục
quay của đòn quay đứng thì khoảng cách trục giữa con lăn và trục vít 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 O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O1 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:
iω =

2π Rk 2π R0 Rk
R
=
= iω 0 k                              ( 1.2 )
tZt
tZ t R0
R0

Trong đó:
t - Bước của mối răng trục vít;

Zt

- Số đường ren trục vít;

Rk

- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc
đến tâm đường quay đứng);
R0
i0

- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;

- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít.

Theo công thức trên ta thấy iω 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

iω

= const.

1.2.3. Hệ thống lái với cơ cấu trục vít - chốt quay

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-7-

Lớp: 64DCOT06

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam
Hình 1.3. Cơ cấu lái trục vít - chốt quay
1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn 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:
iω =

2π R
cos ϕ
t

(1.3)

Trong đó:
ϕ
- Góc quay của đòn quay đứng;
R - 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.
1.2.4. Hệ thống lái với cơ cấu liên hợp
Êcu 20 lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rãnh 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 (2).

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-8-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Hình 1.4. Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung rang
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;23Vít đậy lỗ rót dầu; 24- Ổ đỡ chặn; 25- Vòng chặn dầu; 26- Then bán nguyệt; 27- Cung
răng.
Tỷ số truyền động học của cơ cấu lái loại này không đổi và xác định theo công thức:
2π R 2
iω =
t
(1.4)
R2
Trong đó:
- Bán kính chia cung răng;
t - Bước răng trục vít.
+ Ưu điểm:

ηn

ηt

- Hiệu suất cao: hiệu suất thuận = 0,7 - 0,85, hiệu suất nghịch
= 0,85;
- 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 cỡ lớn.
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-9-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

1.2.5. Hệ thống lái với cơ cấu bánh răng - thanh răng

Hình 1.5. 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
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, iω nhỏ dẫn đến độ nhạy cao. Vì vậy được sử dụng rộng rãi trên
các xe du lịch, thể thao;
- Hiệu suất cao;

- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm:
- Lực điều khiển tăng (do iω nhỏ);
- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc;
- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-10-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
HỆ THỐNG LÁI DỰA TRÊN XE THAM KHẢO
2.1. GIỚI THIỆU XE THAM KHẢO - Ô TÔ HYUNDAI GRAND I10
2.1.1. Sơ đồ tổng thể ô tô Hyundai Grand i10

Bảng 2-1: Bảng thông số kỹ thuật cơ bản xe Hyundai Grand i10
TT

Thông Số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

1

Trọng lượng bản thân xe

G0

N

8500

2

Trọng lượng toàn bộ

Gt

N

13500

3

Trọng lượng cầu trước

G1

N

7400

4

Trọng lượng cầu sau

G2

N

6100

5

Chiều cao toàn bộ

Ha

mm

1480

6

Chiều rộng tổng thể

Ba

mm

1595

7

Chiều dài tổng thể

La

mm

3495

8

Chiều dài cơ sở

L

mm

2370

9

Khoảng sáng gầm xe

-

mm

152

10

Số chỗ ngồi (kể cả người lái)

-

Người

4

Trước

-

mm

1479

Sau

-

mm

1493

Vết bánh xe

11

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-11-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Bảng 2-2: Thông số động cơ Huyndai Grand i10
Loại xe

Huyndai Grand i10

Động cơ

Kappa 1.25 MPI

Số xy lanh và bố trí

4 máy thẳng hang (1-3-4-2)

Cơ cấu xu páp

16 xupap DOHC, dẫn động xích

Dung tích xy lanh [cm3]

2,405

Đường kính xy lanh x Hành trình

87,5 x 100

piston [mm]
Tỉ số nén

9,6

Công suất cực đại [KW]

87(tại 6000 vòng/ phút)

Mômem cực đại [N.m]

120 (tại 4000 vòng/ phút)

Vận tốc cực đại [km/h]

160

2.1.3. Hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực của ôtô Huyndai Grand i10 được bố trí theo kiểu FF (động
cơ nằm ngang đặt ở đằng trước, cầu trước chủ động). Ô tô Huyndai Grand i10
có cầu trước chủ động dẫn hướng.

Hình 2.3. Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực ô tô Huyndai Grand i10
1 - Động cơ; 2 - Bán trục; 3 - Hộp số.
2.1.4. Hệ thống phanh
Ôtô Hyundai Grand i10 sử dụng phanh đĩa cho bánh trước, phanh sau là phanh
tang trống.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-12-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống phanh chính xe Chevrolet captiva
1- Đĩa phanh; 2- Vòng răng; 3- Xilanh chính; 4- Bấu trợ lực; 5- Công tắc; 6,12- Các
cảm biến; 7,11- Dòng phanh ;8 - Bộ thuỷ lực + máy tính; 9- Đèn báo ABS; 10- Đèn
báo phanh
2.1.5. Hệ thống treo
2.1.5.1. Hệ thống treo phía trước
Hệ thống treo trước kiểu Macpherson với thanh cân bằng làm tăng độ chắc
chắn, độ êm và độ bám đường, giúp điều khiển xe dễ dàng và thoải mái hơn.

Hình 2.6. Cấu tạo hệ thống treo trước
1- Lò xo; 2- Bộ giảm chấn ống; 3 - Thanh nối của bộ cân bằng ngang.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-13-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

2.1.5.1. Hệ thống treo phía sau
Sử dụng thanh xoắn kết hợp ống giảm chấn đã được cải tiến và nâng cấp giúp
tăng độ chắc chắn và ổn định cho xe.

Hình 2.6. Cấu tạo hệ thống treo sau
2.1.6. Hệ thống an toàn
2.1.6.1. Hệ thống túi khí
Hệ thống túi khí được trang bị trên xe bảo vệ cho lái xe và người ngồi trên ghế
phụ tránh những tai nạn trong quá trình xảy ra va chạm.
Bộ điều khiển túi khí (RCM) đặt ở sàn xe trong khoang cabin nằm ở phía dưới
tay số. Khi va chạm xảy ra, bộ điều khiển RCM xử lý và tính toán tín hiệu vào từ
những cảm biến (cảm biến va chạm lắp ở bên ngoài và cảm biến va chạm nằm bên
trong bộ điều khiển RCM) để xác định lực va chạm sau đó đưa ra quyết định chính
xác.
Cảm biến phía trước đầu xe được đặt phía sau giá đỡ két nước. Dữ liệu từ cảm
biến luôn được giám sát bởi bộ điều khiển túi khí, bộ điều khiển túi khí so sánh thông
tin từ cảm biến đặt ở đầu xe với cảm biến đặt bên trong bộ điều khiển, nếu mức độ va
chạm (lực va chạm) vượt quá giá trị quy định, bộ điều khiển túi khí sẽ cho bung túi khí
và rút bộ dây đai an toàn.
Cảm biến va chạm sườn xe được đặt ở chân cột bên của sườn xe. Khi va chạm

ngang xảy ra, bộ điều khiển RCM so sánh mức độ va chạm thu được từ dữ liệu của
cảm biến va chạm ngang với dữ liệu trong chương trình của bộ điều khiển RCM. Nếu
mức độ va chạm vượt giá trị qui định thì bộ điều khiển RCM điều khiển cho bung túi
khí và rút bộ dây đai an toàn.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-14-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống túi khí an toàn trên ôtô Hyundai Grand i10
A - Cảm biến va chạm phía trước xe;B - Cảm biến va chạm sườn xe;C - Bộ điều khiển
túi khí;D - Túi khí bảo vệ người lái;E - Túi khí bảo vệ người ngồi trên ghế phụ.
2.1.6.2. Hệ thống điều khiển dây đai an toàn
Dây đai an toàn là biện pháp chính để bảo vệ hành khách. Việc đeo dây an toàn
tránh cho hành khách khỏi văng ra khỏi xe khi có tai nạn, hạn chế chấn thương, đồng
thời giảm phát sinh va đập thứ cấp trong cabin.
Chương trình điều khiển ổn định bằng điện tử (ESP). ESP cảm nhận sự bất ổn
trong suốt quá trình gia tốc, phanh rẽ hoặc quay vòng và tác động lên các bánh xe khi
gặp sự cố giúp xe luôn vận hành ổn định.
2.1.7. Hệ thống lái
Hệ thống lái của ôtô Hyundai Grand i10 là hệ thống lái có trợ lực. Cấu tạo của
hệ thống lái bao gồm: vành tay lái, trục lái, các đăng truyền động, cơ cấu lái, bộ trợ lực
điện và dẫn động lái.

Bộ trợ lực điện có nhiệm vụ làm giảm bớt lực điều khiển của người lái, làm
giảm bớt các lực va đập sinh ra do đường xấu truyền lên vô lăng. Bộ trợ lực còn làm
tăng tính an toàn khi có một bánh xe dẫn hướng bị nổ. Vì lúc đó người lái đủ sức giữ
tay lái cho xe chuyển động thẳng và vừa thực hiện phanh ngặt.
Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa-gần đến vị trí thích hợp làm tăng
sự thoải mái cho người lái.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-15-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Cơ cấu lái là loại bánh răng-thanh răng. Loại này có kết cấu nhỏ gọn, tỷ số
truyền nhỏ, độ nhạy cao, chế tạo đơn giản và hiệu suất cao.
2.1.7.1. Vành tay lái

2
1

Hình 2.9. Vô lăng lái
1- Vành trong vô lăng bằng thép; 2- Vành ngoài vô lăng bằng nhựa
+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận mômen quay từ người lái rồi truyền cho trục lái.
+ Cấu tạo: vành tay lái ô tô Hyundai Grand i10 có dạng hình tròn, có nan hoa được bố
trí xung quanh vành trong của vành tay lái. Bán kính ngoài của vành tay lái là 195 mm.

Vành tay lái còn là nơi bố trí một số bộ phận khác của ô tô như: nút điều khiển
còi, túi khí an toàn...
Túi khí an toàn có hình dáng tương tự cây nấm được làm bằng nylon phủ
neoprene, được xếp lại và đặt trong phần giữa của vành tay lái. Khi xe đâm thẳng vào
một xe khác hoặc vật thể cứng, túi khí sẽ phồng lên trong khoảnh khắc để hình thành
một chiếc đệm mềm giữa lái xe và vành tay lái.Túi khí an toàn chỉ được sử dụng một
lần. Sau khi hoạt động túi khí phải được thay mới.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-16-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

2.1.7.2. Trục lái và trục các đăng

Hình 2.10. Kết cấu trục lái
1- Đầu trục nối với vô lăng; 2- Vòng chặn; 3- Ổ bi; 4- Trục trượt; 5- Ống trượt trục;
6- Tấm hãm; 7- Vòng bi; 8- Trục chính; 9- Giá đỡ trên trục; 10- Khớp các đăng;
11- Trục các đăng; 12- Vòng chặn; 13- Bu lông hãm; 14- Cần khoá.
- Trục lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái. Một trục
lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái. Trục lái trên xe
Hyundai Grand i10 có cấu tạo phức tạp hơn nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vành
tay lái hoặc cho phép trụ lái chùm ngắn lại khi người lái va đập trong trường hợp xảy
ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái. Ngoài ra trụ lái còn là nơi lắp đặt nhiều

bộ phận khác của ôtô như : cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, cần
điều khiển hộp số, hệ thống dây điện và các đầu nối điện...
- Trục các đăng là bộ phận nối chuyển tiếp giữa trục lái và cơ cấu lái. Trên trục các
đăng có khớp nối chữ thập. Khớp chữ thập cho phép có độ lệch giữa trục lái và trục vít
của cơ cấu lái khi hai trục này không đồng trục với nhau.
2.1.7.3. Dẫn động lái
Dẫn động lái trên Hyundai Grand i10 bao gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ
cơ cấu lái đến ngỗng quay của các bánh xe. Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất của
dẫn động lái là hình thang lái, được tạo bởi cầu trước, đòn kéo ngang, và các cạnh bên.
Nó có nhiệm vụ đảm bảo động học quay vòng đúng cho các bánh xe không bị trượt lê
khi quay vòng. Do đó làm giảm mài mòn lốp, giảm tổn hao công suất và tăng tính ổn
định khi quay vòng.
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-17-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Hình 2.11. Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên
1- Vòng kẹp; 2- Bạc lót; 3- Khớp cầu; 4- Cao su giảm chấn; 5- Lò xo.

2.1.7.4. Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện
* Đặc điểm của hệ thống lái trợ lực điện:
Các bộ phận của phần trợ lực điện gồm các bộ phận sau: cảm biến mô men , mô tơ
điên 1 chiều, ECU, cảm biến tốc độ ô tô, và các dây điện

+ Cảm biến mô men có nhiệm vụ xác định mô men trên trục lái do người lái tác dụng
thông qua vành lá, từ đó gửi tín hiệu nàyđến ECU.

Hình 2.12. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện
+ Motor điện 1 chiều:

Hình 2.13. Motor và bộ truyền trục vít – bánh vít
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-18-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Trên hình 2.13 ta có motor điện được dẫn động từ ECU. Motor truyền mô men qua
khớp nối sang trục vít sang bánh vít bắt trên trục lái.
+ ECU là bộ phận điều khiển. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến mô men và cảm biến tốc
độ xe từ đó tính toán mô men cần trơ lực từ đó điều khiển motor điện.
+ Cảm biến tốc độ xe có nhiệm vụ đưa tín hiệu tốc độ của ô tô tới ECU
* Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái bằng điện.

Hình 2.14. sơ đồ tín hiệu vào ra.
Theo hình 2.12 và hình 2.14 ta thấy nguyên lý làm việc dựa trên nguyên tắc là
ECU tiếp nhận 2 tín hiệu chính: tín hiệu đưa vào từ cảm biến mô men của trục lái và
tín hiệu của cảm biến tốc độ bánh sau của xe từ đó ECU tính toán dẫn động motor
điện trợ lưc mô men thích hợp với lực đánh lái. Lực đánh lái càng nhiều thì motor điện

càng phải trợ lực nhiều hơn, nhưng mô men trợ lực của motor sẽ được điều khiển
giảm dần khi vận tốc xe tăng dần.
+ Trạng thái quay vòng : khi người điều khiển quay vành lái tác động lên cảm biến
mô men, cảm biến mô men truyền tín hiệu cảm biến được tới ECU kết hợp với tín hiệu
từ cảm biến tốc độ của xe mà ECU tính toán dẫn động mô tơ điện trợ lực mô men
thích hợp và nhờ cảm biến mô men mà ECU xác định được chiều quay của trục lái từ
đó điều khiển chiều quay của motor điện cho thích hợp
+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không quay nên cảm biến mô men không phát hiện có
mô men trên trục lái tín hiệu đưa vào ECU của cảm biến mô men là không có nên
ECU chưa điều khiển mô tơ điện trợ lực vì thế mà trạng thái đi thẳng được giữ nguyên
mà không có sự trợ lực

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-19-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

* So sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử và hệ
thống lái trợ lực dầu:
Ta thấy hệ thống lái trợ lực dầu làm việc dựa trên 2 thông số là mô men và góc
quay trục lái còn đối với trợ lực điện làm việc dựa trên nhiều thông số: tốc độ xe, mô
men trục lái, tốc độ động cơ, chế độ không tải, góc quay trục lái vì vậy ta có những ưu
điểm của hệ thống trợ lực điện như sau:
+ Ưu điểm

- Tạo ra được tỉ số truyền lực của hệ thống thay đổi theo tốc độ của xe:xe ở tốc
độ thấp tỉ số truyền nhỏ, và ngược lại xe ở tốc đọ cao tỉ số truyền lớn. Là mô men trợ
lực của động cơ điện được điều khiển thay đổi theo tốc độ của ô tô vì vậy ưu điểm lớn
nhất của hệ thống lái trợ lực điện là mô men trợ lực của động cơ điện thay đổi phù hợp
theo tốc độ của xe
- so với trợ lực dầu thì xe có hệ thống lái trợ lực điện tiết kiệm được nhiên liệu
hơn vì ở hệ thống lái trợ lực dầu động cơ luôn dẫn dộng bơm trơ lực dầu cả khi người
lái không quay vô lăng ngươc lại hệ thống trợ lực điện thì động cơ điện chỉ làm việc
khi người lái quay vành lái nên không tiêu tốn công suất cảu động cơ thường xuyên
- so với trợ lực dầu thì trợ lực điện làm việc êm hơn vì không có tiếng kêu của
bơm trơ lực và kết cấu tuy phức tạp hơn nhưng lại gọn hơn vì vậy mà trọng lượng của
hệ thống được giảm hơn so với trợ lực dầu
- khi trơ lực bị hỏng thì lực điều khiển của người lái chỉ nặng như xe không có
trợ lực chứ không nặng như trường hợp hỏng trợ lực dầu
+ Nhược điểm:
- kết cấu và chế tạo phức tạp;
- chịu va đập kém;
- giá thành cao.
2.2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.2.1. Phương án lựa chọn dẫn động lái
Dẫn động lái gồm tất cả các chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngỗng quay của
tất cả các bánh xe dẫn hướng khi quay vòng.
Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái, nó được tạo bởi cầu trước,
đòn kéo ngang và các đòn bên. Sự quay vòng của ô tô rất phức tạp, để đảm bảo đúng
mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một
điều khó thực hiện vì phải cần đến dẫn động lái 18 khâu. Hiện nay người ta chỉ đáp
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-20-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

ứng điều kiện gần đúng của mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn
kéo tạo lên hình thang lái.
- Dẫn động lái bốn khâu
Hình thang lái bốn khâu đơn giản, dễ chế tạo đảm bảo được động học và động
lực học quay vòng của bánh xe. Nhưng kiểu dẫn động này chỉ dùng trên xe có cơ cấu
lái với hệ thống treo phụ thuộc (lắp với dầm cầu dẫn hướng). Do đó chỉ áp dụng trên
các xe tải và những xe có hệ thống treo phụ thuộc, còn trên các xe du lịch hiện nay với
hệ thống treo độc lập thì không sử dụng được

Hình 2.15. Dẫn động lái bốn khâu
- Dẫn động lái sáu khâu
Dẫn động lái sáu khâu được lắp đặt trên hầu hết các xe du lịch có hệ thống treo
độc lập lắp trên cầu dẫn hướng. Ưu điểm của dẫn động lái sáu khâu là dễ dàng lắp đặt
cơ cấu lái, giảm được không gian làm việc, bố trí cường hóa lái thuận tiện ngay
trên dẫn động lái, hiện nay dẫn động lái sáu khâu được sử dụng rộng rãi trên các xe du
lịch của các hãng như: Toyota, Nissan, KIA...

Hình 2.16. Dẫn động lái sáu khâu

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-21-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Với đề tài tính toán thiết kế hệ thống lái cho xe Hyundai Grand i10, sử dụng hệ
thống treo độc lập do đó em chọn phương án dẫn động lái sáu khâu.
2.2.2. Phương án lựa chọn cơ cấu lái
Dựa vào đặc điểm kết cấu và ưu nhược điểm của từng loại cơ cấu lái đã giới
thiệu ở trên, em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống lái với cơ cấu lái đơn giản là cơ
cấu bánh răng - thanh răng, với cơ cấu này thanh răng được lấy luôn là 1 khâu của
hình thang lái. Đồng thời ta có thể bố trí thêm trợ lực lái nếu muốn có được tỉ số
truyền thay đổi.

Hình 2.17. Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng
1-Trục lái; 2- Chụp nhựa; 3,8-Đai ốc điều chỉnh; 4-Ổ bi trên; 5-Vỏ cơ cấu lái; 6- Dẫn
hướng thanh răng; 7- Đai ốc; 9- Lò xo; 10- Thanh răng; 11- Trục răng; 12- Ổ bi dưới.
Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính
ăn khớp với thanh răng, bánh răng được lắp trên các ổ bi. Điều chỉnh các ổ này dùng
êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ nhàng.
Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở
phía giữa, phần thanh còn lại có tiết diện tròn. Khi vô lăng quay, bánh răng quay làm
thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt. Sự dịch
chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm
quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng.
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-22-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng có các ưu điểm sau:
+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác dụng như
thanh dẫn động lái nên không cần các đòn kéo ngang như các cơ cấu lái khác;
+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp. Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và
truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ;
+ Cơ cấu lái được bao kín hoàn toàn nên ít phải chăm sóc bảo dưỡng.
2.2.3. Phương án lựa chọn thiết kế trợ lực điện.
Theo vị trí của motor trợ lực ta có các phương án bố trí sau:
+ phương án 1: motor trợ lực cho bánh răng chủ động (pinion-type).

Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu pinion-type
Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào bánh răng chủ động
của cơ cấu lái, nên mô men của motor không cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên
dưới.
+ phương án 2: motor trợ lực vào thanh rang (rack-type).
- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào thanh răng của hệ
thống.
Mô men của motor cần phải lớn và tốn không gian bố trí bên dưới.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-23-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

`
Hình 2.19. Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu rack-type
+ phương án 3: motor trợ lực cho trục lái (column -type ).

Hình 2.20. Sơ đồ nguyên lý trợ lực kiểu column -type
SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-24-

Lớp: 64DCOT06


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S Nguyễn Thành Nam

- Nguyên lý hoạt động: ECU điều khiển motor trợ lực vào trục lái của hệ thống.
- Motor trợ lực, cảm biến mô men, và ECU được gắn vào trục lái.
- Với kiểu này motor và phần điều khiển ECU đặt trên trục lái nên không gian bên
dưới phần cơ cấu lái và thanh răng gọn nên rễ ràng bố trí và cũng thuận tiện cho công
việc tháo lắp bảo dưỡng sửa chữa motor và phần điều khiển ECU.
- vì motor trợ lực đặt trước cơ cấu lái nên mô men lớn nhất của motor không cần phải

lớn.
+ phương án 4: hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện

Hình 2.21. Sơ đồnguyên lý hệ thống lái trợ lực thuỷ lực - điện
- nguyên lý hoạt động: lưu lượng dầu từ bơm đến van phân phối được điều chỉnh bằng
van điện từ: ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe từ đó điều khiển van điện từ
tăng giảm lưu lượng dầu phù hợp theo tốc độ của ô tô, vận tốc ô tô càng cao thì van
điện từ đóng bớt đường dầu lại và ngược lại.
- Với phương án này hệ thống vẫn còn mang những nhược điểm của hệ thống lái trợ
lực thuỷ lực nhưng cũng đã giải quyêt được vấn đề thay đổi được tỉ số truyền thay đổi
theo tốc độ của xe.

SVTH: Nguyễn Tiến Anh

-25-

Lớp: 64DCOT06