Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe toyota fortuner 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG
LÁI TRÊN XE TOYOTA FORTUNER 2018

Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN TÂM

Đà Nẵng – Năm 2019


TÓM TẮT
Tên đề tài: Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner
2018
Sinh viên thực hiện: Phan Văn Tâm
Số thẻ sinh viên: 103140114
Lớp: 14C4B
Tất cả nội dung của đồ án, toàn bộ bao gồm có 6 chương với nội dung của mỗi
chương khác nhau nhưng giữa chúng có sự liên kết chặt chẽ và bổ sung cho nhau để
tạo thành một bản tổng thể hoàn chỉnh. Dưới đây là phần tóm tắt nội dung của từng
chương và được trình bày theo trình tự như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018. Nội dung
của chương này chủ yếu khái quát lên công dụng chính cũng như một số yêu cầu và
các loại hệ thống lái khác nhau sử dụng phổ biến trên ô tô. Bên cạnh đó còn đề cập
thêm một số kết cấu của các bộ phận chính trong hệ thống lái như cơ cấu lái, dẫn động
lái, cường hóa lái…thường được sử dụng nhất.
Chương 2: Giới thiệu về xe Toyota Fortuner 2018. Trong chương này phần nào
làm rõ được các thông số kỹ thuật chính của xe, các kiểu loại hệ thống như hệ thống
phanh, treo và hệ thống lái mà xe trang bị. Qua đó giúp ta có thể hiểu rõ hơn về loại xe
này.

Chương 3: Khảo sát hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018. Nội dung phần
này đi sâu khai thác các thông số kỹ thuật chính và đồng thời làm rõ được nguyên lý
làm việc cũng như kết cấu của các bộ phận trong hệ thống lái sử dụng trên xe Toyota
Fortuner 2018.
Chương 4: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái xe Toyota Fortuner 2018.
Chương này đi vào tính toán xác định các thông số chính như giá trị mô men cản quay
vòng, lực tác dụng lên vô lăng để làm cơ sở tính toán kiểm nghiệm bền các chi tiết
chính cũng như các thông số chính liên quan đến bộ trợ lực lái. Ngoài ra nội dung còn
có thêm tính toán kiểm tra động học của hình thang lái trên xe Toyota Fortuner 2018.
Chương 5: Chẩn đoán những hư hỏng trong hệ thống lái và biện pháp khắc
phục. Nội dung chương này chủ yếu trình bày một số nguyên nhân gây ra các hư hỏng
thường gặp trong hệ thống lái và phương pháp khắc phục chúng.
Chương 6: Bảo dưỡng và cách sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái. Chương
cuối cùng này giới thiệu một số phương thức bảo dưỡng hệ thống lái và cách sửa chữa
các chi tiết chính khi chúng bị hư hỏng.

i


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Phan Văn Tâm
Số thẻ sinh viên: 103140114

Lớp: 14C4B
Khoa: Cơ khí giao thông
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Tên đề tài đồ án:
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018
1. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Các thông số kỹ thuật chính của xe và của các bộ phận trong hệ thống lái trên xe
Toyota Fortuner 2018 từ tài liệu do nhà chế tạo cung cấp.
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô
Chương 2: Giới thiệu về xe Toyota Fortuner 2018
Chương 3: Khảo sát hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018
Chương 4: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018
Chương 5: Chẩn đoán những hư hỏng trong hệ thống lái và biện pháp khắc phục
Chương 6: Bảo dưỡng và cách sửa chữa các chi tiết trong hệ thống lái
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
-

Bản vẽ tổng thể xe Toyota Fortuner 2018 (A3)
Bản vẽ sơ đồ hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018 (A3)
Bản vẽ kết cấu cơ cấu lái trên xe Toyota Fortuner 2018 (A3)
Bản vẽ kết cấu các đòn kéo trên xe Toyota Fortuner 2018 (A3)

-

Bản vẽ sơ đồ nguyên lý của bộ trợ lực lái trên xe Toyota Fortuner 2018 (A3)
Đồ thị kiểm tra động học quay vòng đúng trên xe Toyota Fortuner 2018 (A3)

5. Họ tên người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2019
7. Ngày hoàn thành đồ án: 9/06/2018
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 2 năm 2019
Trưởng Bộ môn
Người hướng dẫn

ii


LỜI NÓI ĐẦU
Trong chương trình đào tạo Kỹ sư ngành Cơ Khí Giao Thông thì đồ án tốt
nghiệp là không thể thiếu, là điều kiện tất yếu rất quan trọng mà mọi sinh viên cần
phải hoàn thành, để hiểu biết một cách chặt chẽ và nắm vững sâu về ô tô. Trong quá
trình học tập, tích lũy kiến thức, việc bắt tay vào khảo sát một hệ thống trên xe hay
tổng thể xe là việc quan trọng. Điều này củng cố kiến thức đã được học, thể hiện sự
am hiểu về kiến thức cơ bản và cũng là sự vận dụng lý thuyết vào thực tế sao cho hợp
lý: Nghĩa là lúc này sinh viên đã được làm việc của một cán bộ kỹ thuật.
Hệ thống lái trên ô tô là một hệ thống rất quan trọng trên xe, nó dùng để giữ cho
ô tô chuyển động theo một hướng xác định nào đấy, thay đổi hướng chuyển động khi
cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe. Nên hệ thống lái ô tô cần phải đảm bảo: Chuyển
động thẳng ổn định, tính cơ động cao, động học quay vòng đúng, giảm các va đập,
điều khiển nhẹ nhàng, ... Để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành.
Trong tập đồ án tốt nghiệp này em chọn và thực hiện đề tài “Khảo sát và tính
toán kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018”. Nội dung của đề tài này
giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của
ôtô nói chung và hệ thống lái của xe Toyota Fortuner 2018 nói riêng; từ đây có thể đi
sâu nghiên cứu về chuyên môn.
Để có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn
chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt đã dành
những phần thời gian quý báu để chỉ bảo tận tình, giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt

thời gian thực hiện đồ án. Và em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô đang
giảng dạy trong khoa cơ khí giao thông trường đại học bách khoa Đà Nẵng đã truyền
đạt lại những kiến thức quý báu từ cơ bản đến chuyên môn để em có thể vận dụng và
hoàn thành được đồ án này.
Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp, chưa tiếp xúc được nhiều với thực tiễn
cũng như các tài liệu tham khảo còn quá ít trong khi đó thời gian thực hiện cũng có
hạn nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những lời
chỉ dẫn thêm từ các thầy.
Đà nẵng, ngày tháng năm 2019.
Sinh viên thực hiện
Phan Văn Tâm
iii


CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong tập đồ án này là do chính tôi thực hiện
và được sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Hoàng Việt. Các nội dung, kết quả
trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây.
Những số liệu có trong nội dung được thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi
rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về
nội dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện

Phan Văn Tâm

iv


MỤC LỤC

Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu và cảm ơn

i

Lời cam đoan liêm chính học thuật

ii

Mục lục

iii

Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ

v
Trang

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI ........................................................ 2
1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại ............................................................................... 2
1.1.1. Công dụng............................................................................................................. 2
1.1.2. Yêu cầu ................................................................................................................. 3
1.1.3. Phân loại ............................................................................................................... 3
1.2. Các sơ đồ hệ thống lái ............................................................................................. 4
1.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc .................................................... 4
1.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập ........................................................ 5
1.2.3. Các sơ đồ dẫn động lái.......................................................................................... 6
1.2.4. Sơ đồ hệ thống lái có cường hóa .......................................................................... 6

1.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái trên ô tô ..................................... 7
1.3.1. Vô lăng.................................................................................................................. 7
1.3.2. Trục lái .................................................................................................................. 7
1.3.3. Cơ cấu lái. .............................................................................................................. 7
1.3.4. Dẫn động lái. ....................................................................................................... 10
1.3.5. Các loại cơ cấu lái thông dụng. ........................................................................... 11

v


1.3.6. Hình thang lái. ..................................................................................................... 20
1.3.7. Hình học lái. ........................................................................................................ 21
1.4. Cường hoá lái. ....................................................................................................... 25
1.4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. ........................................................................... 25
1.4.2. Các thông số đánh giá.......................................................................................... 26
1.4.3. Các sơ đồ bố trí. ................................................................................................... 27
1.5. Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo. ........................................................ 29
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA FORTUNER 2018............................. 30
2.1. Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Fortuner 2018 ......................................... 30
2.2. Một số hệ thống chính trên xe Toyota Fortuner 2018 ....................................... 32
2.2.1. Hệ thống lái ........................................................................................................ 32
2.2.2. Hệ thống phanh .................................................................................................... 33
2.2.3. Hệ thống treo ...................................................................................................... 34
Chương 3 : KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE TOYOTA .......................... 35
FORTUNER 2018 ........................................................................................................ 35
3.1. Tổng quan về hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018 ................................. 35
3.1.1.Các thông số kỷ thuật chính của hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018…... 37
3.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018 .... 37
3.2.1. Vành tay lái .......................................................................................................... 37
3.2.2. Cơ cấu lái ............................................................................................................. 38

3.2.3. Dẫn động lái........................................................................................................ 40
3.2.4. Bơm trợ lực lái .................................................................................................... 40
Chương 4: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE
TOYOTA FORTUNER 2018 ..................................................................................... 45
4.1. Các thông số chính của hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018 ................ 45
vi


4.2. Xác định mô men cản quay vòng ......................................................................... 46
4.3. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng ....................................................... 49
4.4. Tính toán kiểm tra động học hình thang lái ....................................................... 50
4.4.1. Cơ sở lý thuyết .................................................................................................... 50
4.4.2. Tính toán kiểm tra động học quay vòng ............................................................. 54
4.5. Tính toán kiểm nghiệm sức bền các chi tiết chính ............................................. 56
4.5.1. Tính kiểm nghiệm sức bền của trục lái............................................................... 56
4.5.2. Tính kiểm nghiệm sức bền của dẫn động lái ...................................................... 56
4.6. Tính toán kiểm nghiệm các thông số liên quan đến bộ trợ lực lái ................... 61
4.6.1. Tính kiểm nghiệm lực tác dụng lên vô lăng lái khi có trợ lực ........................... 61
4.6.2. Kiểm tra hiệu quả của bộ trợ lực ........................................................................ 66
4.6.3. Kiểm tra chỉ số phản lực của bộ trợ lực lên vành tay lái .................................... 66
Chương 5: CHẨN ĐOÁN NHỮNG HƯ HỎNG TRONG HỆ THỐNG LÁI VÀ
BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ........................................................................................ 68
5.1. Độ rơ vành tay lái tăng ......................................................................................... 69
5.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều ................................................... 69
5.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định ...................... 70
Chương 6: BẢO DƯỠNG VÀ CÁCH SỬA CHỮA CÁC CHI TIẾT TRONG HỆ
THỐNG LÁI ................................................................................................................ 71
6.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái ......................................................................... 72
6.2. Sữa chữa các chi tiết trong hệ thống lái ............................................................. 72
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 75

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Fortuner 2018
Bảng 2.2 Các thông số, kiểu loại của thiết bị và hệ thống trên xe Toyota Fortuner 2018
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của các bộ phận trong hệ thống lái xe Toyota Fortune
2018
Bảng 4.1 Các thông số chính của hệ thống lái trên xe xe Toyota Fortuner 2018
Bảng 4.2 Kết quả tính được của βlt và βtt tương ứng với các góc α và mức độ sai lệch ε
Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Hình 1.2 Hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
Hình 1.3 Các sơ đồ dẫn động lái
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống lái có cường hóa
Hình 1.5 Quy luật thay đổi thay đổi tỷ số truyền động học của cơ cấu lái
Hình 1.6 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái
Hình 1.7 Cơ cấu lái trục vít lăn – cung răng đặt giữa
Hình 1.8 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên
Hình 1.9 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành
Hình 1.10 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay
Hình 1.11 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
Hình 1.12 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng
Hình 1.13 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng
Hình 1.14 Cơ cấu lái loại trục vít – đai ốc – đòn quay
Hình 1.15 Cơ cấu lái loại trục vít lắc - đai ốc
Hình 1.16 Cơ cấu lại loại trục vít – đai ốc quay
Hình 1.17 Sơ đồ hình thang lái

Hình 1.18 Góc doãng
Hình 1.19 Tác dụng của góc doãng dương
Hình 1.20 Tác dụng của góc doãng âm
Hình 1.21 Góc nghiêng dọc dương của trụ xoắn đứng
Hình 1.22 Góc nghiêng dọc
Hình 2.1 Hình dáng bên ngoài xe Toyota Fortuner 2018
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018
Hình 2.3 Kết cấu của cơ cấu phanh
Hình 2.4 Kết cấu tổng thể của hệ thống treo
Hình 3.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái
Hình 3.2 Vành tay lái trên xe xe Toyota Fortuner 2018
Hình 3.3 Túi khí an toàn trên xe xe Toyota Fortuner 2018
Hình 3.4 Kết cấu thanh răng
Hình 3.5 Kết cấu khớp cầu của thanh kéo bên
Hình 3.6 Kết cấu bơm trợ lực lái loại cánh bơm cánh quạt
Hình 3.7 Kết cấu của van phân phối
Hình 3.8 Van xoay ở vị trí trung gian
Hình 3.9 Van hoạt động quay trái
viii


Hình 3.10 Van hoạt động quay phải
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán mô men cản quay vòng do lực cản lăn tác dụng ở bánh xe
dẫn hướng
Hình 4.2 Sơ đồ xác định mô men cản quay gây ra do lực ngang
Hình 4.3 Sơ đồ bánh xe đàn hồi lăn khi có và không có lực ngang tác dụng
Hình 4.4 Động học quay vòng lý tưởng (a) và thực tế (b) khi dùng hình thang lái
Hình 4.5 Sơ đồ hình thang lái (a) và quan hệ hình học của các thông số trong hình
thang lái (b)
Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hướng

Hình 4.7 Sơ đồ biểu diễn sự thay đổi góc lệch giửa phương của lực cản quay với
phương của thanh kéo bên
Hình 4.8 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái khi xe quay vòng tại chỗ để chuyển động
thẳng
Hình 4.9 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống lái khi xe quay vòng tại chỗ để chuyển
hướng qua trái
Hình 4.10 Sơ đồ biểu diễn các lực sinh ra(a) và sự lăn lệch của lốp do biến dạng (b)
khi ô tô quay vòng lúc đang chuyển động

ix


MỞ ĐẦU

Để đảm bảo cho một chiếc xe ô tô trong quá trình hoạt động được an toàn và
mang lại hiệu quả cao, thì các hệ thống và bộ phận hay chi tiết cấu tạo nên nó phải
hoạt động tốt và thật chính xác. Song song với hệ thống phanh thì hệ thống lái cũng là
một trong số hệ thống quan trọng nhất của xe ô tô, nó làm nhiệm vụ giữ cho xe chuyển
động ổn định theo một hướng nào đấy hoặc thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết
theo yêu cầu.
Nếu hệ thống lái bị hư hỏng, gặp sự cố sẽ dẫn đến khả năng ô tô bị mất hoàn
toàn tính điều khiển hoặc hoạt động không theo ý muốn của người lái xe, đây là
nguyên nhân chính làm xảy ra tai nạn giao thông ảnh hưởng đến tính mạng của chính
người điều khiển xe và những người xung quanh. Vì thế các chi tiết hay bộ phận trong
hệ thống lái nói riêng phải đảm bảo đủ độ bền và chất lượng.
Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc nhiều vào cách bảo dưỡng và sửa chữa,
nếu công việc bảo dưỡng đúng cách thì sẽ làm tăng tuổi thọ và hiệu quả hoạt động của
hệ thống lái. Vì vậy để làm tốt công việc này thì người kỹ thuật phải hiểu rõ nguyên lý
làm việc cũng như kết cấu bên trong của các chi tiết hay bộ phận của hệ thống lái, có
như vậy mới biết được các hư hỏng của nó để sửa chữa rút ngắn thời gian và mang lại

hiệu quả kinh tế, hoặc phần nào nắm rõ để giúp công việc bảo dưỡng một cách thuận
lợi.
Đề tài khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ thống lái trên xe Toyota Fortuner 2018
với mục đích chính là phần nào làm rõ được các thông số kỹ thuật, kết cấu của các chi
tiết hoặc bộ phận cũng như nguyên lý làm việc và cách bảo dưỡng của hệ thống lái
nhằm đáp ứng được các yêu cầu đặt ra ở trên. Nội dung của đề tài đề cập đến các vấn
đề sau:
- Tổng quan về hệ thống lái sử dụng trên ô tô: nội dung trong phần này chủ yếu khái
quát các công dụng cũng như phân loại và một số yêu cầu chính của hệ thống lái sử
dụng trên ô tô. Ngoài ra thì nội dung còn trình bày thêm một số sơ đồ cùng với các chi
tiết và bộ phận chính sử dụng trong hệ thống lái thông dụng sử dụng phổ biến trên ô
tô.
- Giới thiệu sơ lược về xe Toyota Fortuner 2018.
- Khảo sát hệ thống lái: trong phần này nêu rõ kết cấu các chi tiết, bộ phận chính
trong hệ thống lái lắp trên xe Toyota Fortuner 2018 như vô lăng, trục lái, cơ cấu lái,
trợ lực lái….cũng như nguyên lý làm việc của cả hệ thống và của từng bộ phận.
1


- Tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái: trong phần này chỉ phần nào tính toán các trị
số chính như mô men cản quay vòng, lực cần thiết tác dụng lên vô lăng, tính toán kiểm
tra động học hình thang lái, tính toán kiểm tra sức bền của các chi tiết chính.
- Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái.
Ngoài các mục đích chính đã được nêu ở trên, thì đề tài còn giúp bạn đọc hiểu
rõ hơn hệ thống lái trên ô tô, đặc biệt là hệ thống lái có trợ lực thủy lực trên xe Toyota
Fortuner 2018

Đà nẵng, ngày 9 tháng 06 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Phan Văn Tâm

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1.1.

Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.1.1. Công dụng
Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để:
- Giữ cho ôtô chuyển động theo một hướng xác định nào đấy;
2


- Thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe;
Hệ thống lái nói chung bao gồm các bộ phận chính sau:
- Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: Dùng để tăng và truyền mô men do người lái
tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái;
- Dẫn động lái: Dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn
hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng;
- Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó dùng để
giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài. Trên các xe
cỡ nhỏ có thể không có.
1.1.2. Yêu cầu
Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: Để đảm bảo yêu cầu này thì:
+ Hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị
trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150 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 rất ngắn trên một diện tích thật bé;
- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn
lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe;
- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc
chướng ngại vật;
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện: lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô
lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:
+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: 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
Hệ thống lái trên ôtô được phân loại dựa trên các yếu tố sau:
- Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra:
+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã
hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,...
3


+ Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái
như: Anh, Thụy Điển,... Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của
người lái, đặt biệt là khi vượt xe
- Theo kết cấu cơ cấu lái, hệ thống lái được chia ra các loại:
+ Trục vít - Cung răng;
+ Trục vít - Chốt quay;
+ Trục vít - Con lăn;
+ Bánh răng - Thanh răng;
+ Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng).

- Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra:
+ Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu;
+ Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu;
- Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái, chia ra:
+ Cường hoá thuỷ lực;
+ Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không);
+ Cường hoá điện;
+ Cường hoá cơ khí.
- Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh
dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí cường
hóa lái.
1.2. Các sơ đồ hệ thống lái
1.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Với hệ thống treo phụ thuộc, cả hai bánh xe được đỡ bằng một hộp cầu xe hoặc dầm
cầu xe, vì thế cả hai bánh xe sẽ cùng dao động với nhau khi gặp chướng ngại vật.

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Chú thích: 1- Vô lăng; 2- Cạnh bên hình thang lái; 3- Đòn kéo ngang; 4- Cam quay; 5Đòn quay ngang; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay đứng; 8- Trục vít-cung răng của cơ cấu
lái; 9- Trục lái.

4


Trên hình 1.1 là sơ đồ kết cấu chung nhất của hệ thống lái dùng cho hệ thống
treo phụ thuộc, nó bao gồm các chi tiết và bộ phận chính sau:
+ Vô lăng 1, trục lái 9, cơ cấu lái 8, đòn quay đứng 7, đòn kéo dọc 6, đòn quay
ngang 5, cam quay 4, cạnh bên hình thang lái 2 và đòn kéo ngang 3.
➢ Loại hệ thống treo này có những đặc tính sau:
+ Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết vì thế dễ bảo dưỡng.
+ Có độ cứng vững cao nên có thể chịu được tải nặng.

+ Vì có độ cứng vững cao nên khi xe đi vào đường vòng, thân xe ít bị nghiêng.
+ Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng, nhờ thế
mà các bánh xe ít bị mòn.
+ Vì có khối lượng không được treo lớn nên tính êm dịu của xe khi sử dụng hệ thống
treo phụ thuộc kém.
+ Do chuyển động của bánh xe bên trái và bên phải có ảnh hưởng lẫn nhau nên dễ
xuất hiện dao động và rung động.
1.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

Hình 1.2 Hệ thống lái với hệ thống treo độc lập
Chú thích: 1- Các đòn quay; 2- Đòn kéo bên; 3- Đòn quay trên trục ra cơ cấu lái;
4- Đòn kéo ngang giữa; 5- Đòn lắc.
Trên hình 1.2 là sơ đồ kết cấu chung nhất của hệ thống lái dùng cho hệ thống
treo độc lập, so với sơ đồ hình 1.1 thì lúc này đòn quay ngang không thể làm ở dạng
thanh liền nữa nên có thêm đòn lắc 5 và thanh kéo bên 2.
➢ Hệ thống treo độc lập là một phần nằm trong kết cấu chung của hệ thống treo nó sẽ
làm các nhiệm vụ :
- Tiếp nhận và dập tắt các dao động của mặt đường với ô tô.
- Truyền lực dẫn động và truyền lực phanh.
- Đỡ thân xe và duy trì mối quan hệ hình học giữa thân xe và bánh xe trong mọi điều
kiện chuyển động.
5


Và phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Đảm bảo tính êm dịu.
- Dập tắt nhanh các dao động.
- Đảm bảo tính ổn định khi xe chuyển động.
1.2.3. Các sơ đồ dẫn động lái

a) Dẫn động lái với hệ thống treo
phụ thuộc

b) Dẫn động lái với hệ thống
treo độc lập

Hình 1.3 Các sơ đồ dẫn động lái
Chú thích: 1- Đòn kéo ngang; 2,4- Đòn kéo dọc và ngang; 3- Đòn quay ngang; 5Hình thang lái; 6- Bộ phận hướng hệ thống treo; 7- Thanh kéo bên; 8- Đòn lắc;
9,10- Các khớp bản lề.
Trên hình 1.3 là các sơ đồ nguyên lý dẫn động lái đối với hệ thống treo phụ
thuộc (a) và hệ thống treo độc lập (b), nó bao gồm các chi tiết và bộ phận chính như đã
nêu ở trên(phần chú thích hình 1.3).
1.2.4. Sơ đồ hệ thống lái có cường hóa

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống lái có cường hóa
Chú thích: 1- Bộ phận phân phối; 2- Xi lanh lực; 3- Cơ cấu lái.

6


Trên hình 1.4 là một sơ đồ hệ thống lái có cường hóa điển hình, với phương án
bố trí các bộ phận phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái riêng biệt. Theo kiểu bố trí này
mang lại nhiều ưu điểm nổi bật và được nói rõ hơn trong phần cường hóa lái sau này.
1.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái trên ô tô
1.3.1. Vô lăng
Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa, dùng để
tạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái. Các nan hoa có thể bố trí
đối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái.
Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chỗ ngồi của
người lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cỡ nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải

và xe khách cỡ lớn ).
1.3.2. Trục lái
Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô
lăng xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng,
nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển.
1.3.3. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay
tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mô
men theo tỷ số truyền yêu cầu.
1.3.3.1. Các thông số đánh giá cơ bản.
a. Tỷ số truyền động học.

Hình 1.5. Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học
Tỷ số truyền động học:
7


i =

d 0 v
=
=
d  n

(1.1)

Ở đây:
, - Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn
quay đứng).
0, : Các vận tốc góc tương ứng.

Tỷ số truyền động học i được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc
quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các
vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối
với ô tô tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển
khi xe quay vòng.
Giá trị của i phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13-22 đối với
ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp có thể tới 40.
Tỷ số truyền động học i có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc
quay của vô lăng. Cơ cấu lái có i thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không
có cường hoá. Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt
hơn so với loại cơ cấu lái có i không đổi.
Qui luật thay đổ i có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tính
năng của xe. Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i có dạng như trên hình
2-3 đường 4 là hợp lý nhất.
Trong phạm vi góc quay  9001200, tỷ số truyền i cần phải lớn để tăng
độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng. Khi xe chạy trên đường
thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống lái làm việc với
góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian. Ngoài ra i tăng còn làm giảm được
các va đập từ mặt đường.
Ở các góc quay > 900 - 1200 tỷ số iω cần giảm để tăng tốc độ quay vòng,
tăng tính cơ động của xe.
Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi iω được
làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực cần
tác dụng nhỏ.
8


Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1. Khi đó, trong
thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khi
quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng.

Đối với các xe có cường hoá lái: thì i được làm không đổi (đường 3) vì lúc này
vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết.
b. Tỷ số truyền lực.
iF =

Mr
Mv

(1.2)

Ở đây:
iF- Tỷ số truyền lực.
Mr- Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng).
Mv- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng).
c. Hiệu suất.
Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau:

t =

iF
M r r
=
i
M v v

(1.3)

Ở đây:
Mr, Mv - Các mô men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái.
r , r -

Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái.

iF - Tỷ số truyền lực.
i - Tỷ số truyền động học.
Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ trên
trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt:
- Hiệu suất thuận th: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái
xuống các bánh xe dẫn hướng.
- Hiệu suất nghịch ng: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh xe
dẫn hướng lên vô lăng.
Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ lực
điều khiển. Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đập truyền từ hệ
thống chuyển động lên vô lăng. Tuy vậy hiệu suất nghịch không được quá thấp vì sẽ làm

9


mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn hướng sẽ không tự trở về được vị trí trung
gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và người lái bị mất cảm giác đường.
Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều.
Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đập truyền từ bánh
xe lên vô lăng.
d. Khe hở trong cơ cấu lái.
Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với
chuyển động thẳng của xe. Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái làm
việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tăng nhanh hơn ở các vị trí khác. Do
vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở các vị trí này
được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ. Trong quá trình sử dụng,
chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.

Hình 1.6. Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái
1- cơ cấu lái còn mới; 2- cơ cấu lái đả sử dụng.
3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian.
1.3.4. Dẫn động lái.
Bao gồm tất cả các chi tiết làm nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái đến các bánh
xe dẫn hướng và đảm bảo cho các bánh xe có động học quay vòng đúng.
Các thông số cơ bản:
+ Tỷ số truyền động học:
Gọi i là tỷ số truyền động học của hệ thống lái. Xác định i theo công thức:

i =

 vl 640
=
= 17,5
 bx 36

(1.4)
10


Trong đó:

vl - là các góc quay của vô lăng,  vl phải đảm bảo cho góc quay cần thiết
của vô lăng để quay các bánh dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên không
lớn hơn 1,8 vòng (tương ứng với 6400), vl = 1,8 vòng;

 bx - là góc quay của bánh xe dẫn hướng,  bx = 360.
+ Tỷ số truyền của cơ cấu lái:

Gọi ic là tỷ số truyền của cơ cấu lái thống lái. Xác định ic theo công thức:

ic =

i 17,5
=
= 17,5
idd
1

Trong đó:

i - là tỷ số truyền của hệ thống lái, i = 17,5
idd - là tỷ số truyền của dẫn động lái, idd = 1
+ Tỷ số truyền lực:
iF =

M r M dq
=
= th .i = 17,5.0,99 = 17,3
M v M vl

(1.5)

Trong đó:
Mr (Mdq) - Mômen trên trục ra (hay trên đòn quay đứng);
Mv (Mvl) - Mômen trên trục vào (hay trên vô lăng).
+ Hiệu suất:
- Hiệu suất thuận ( th ): tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống.
- Hiệu suất nghịch (  ng ): tính theo chiều truyền lực từ bánh xe lên.

- Với cơ cấu bánh răng-thanh răng ta có:

th =  ng = 0,99

(1.6)

1.3.5. Các loại cơ cấu lái thông dụng.
➢ Loại trục vít - Cung răng.
Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược
điểm là hiệu suất thấp th= 0,5-0,7; ng=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp
nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít.

11


Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít
(hình 1.7) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 1.8). 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 glôbôít (lõm). Khi trục vít có dạng glôbôit thì số răng ăn
khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn.
Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều
dài của trục vít.

Hình 1.7. Trục vít lăn - cung răng đặt giữa
1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.

12

Hình 1.8. Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên
1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức:
iω =

2R0
t.1

(1.7)

Ở đây:
R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng;
t - Bước trục vít;
Z1 - Số mối ren trục vít.
Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120. Khe hở ăn khớp khi quay đòn
quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03  0,5 mm . Sự thay
đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có
bán kính khác.

13


➢ Loại trục vít - con lăn.

Hình 1.9. Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành
1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn.
Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 1.9) 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 ngịch: ηn = 0,6;
+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần.
Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệch
với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục
quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng
thay đổi.
Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng
cách dịch chuyển trục quay 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:
i =

2RK 2R0 RK
R
=
= i 0 K
tZ1
tZ1 R0
R0

14

(1.8)


Ở đây :
t- Bước của mối răng trục vít;
Z1- 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- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít;
i0- 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.
➢ Trục vít - chốt quay.
Trên hình 1.10 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay.
Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách
chế tạo bước răng trục vít khác nhau.
Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức:
i  = 2R .cos

(1.9)

t

Ở đây :
 - Góc quay của đòn quay đứng.
R2 - 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.

15