Đồ ánthiết kế hệ thống lái 4WS xe con (Link CAD: https://bit.ly/3amdTqd)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày này, nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển, trên hầu hết các lĩnh
vực của nền kinh tế xã hội.
Ngành cơng nghiệp nói chung và nền cơng nghiệp ơ tơ nói riêng đang trong thời
kỳ hồn thiện và phát triển vượt bậc, đảm bảo phục vụ lợi ích tốt nhất của con
người, với yêu cầu kỹ thuật và chất lượng không ngừng nâng cao.
Với ngành công nghiệp ơ tơ, để đảm bảo tính tiện nghi, an tồn cho người sử dụng
thì việc thiết kế một hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là một điều rất
cần thiết trong xã hội hiện đại. Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vòng đúng
của các bánh xe dẫn hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng
và phù hợp với phần lớn đối tượng sử dụng.
Cũng vì thế mà hệ thống lái ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo
và sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp em
được giao nhiệm vụ :‘‘Thiết kế hệ thống lái 4WS xe con ”.
Do điều kiện thời gian hạn chế nên trong đồ án này tập trung vào cơ cấu lái và
tính tốn cường hóa lái là chủ yếu. Trong q trình thực hiện khơng tránh khỏi
những sai sót, rất mong được các thầy hướng dẫn và các bạn tận tình giúp đỡ.
Qua đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trương Đặng Việt
Thắng, em xin gửi lời cảm ơn toàn thể các thầy cơ giáo trong Bộ Mơn Ơtơ và xe
chun dụng cùng tồn thể các bạn sinh viên Ơtơ đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài
này.
Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................1
MỤC LỤC…………………………………………………………………………..2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI…………………………………..4
1.1. Tổng quan hệ thống lái…………………………….…………………………4
1.2. Tổng quan hệ thống lái có trợ lực…………………………….…….………24
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI 4WS CƠ KHÍ TRỢ
LỰC THỦY LỰC………………………………………………………….……...29
2.1. Tổng quan hệ thống lái 4WS………………………………....……………..29
2.1.1. Hệ thống lái 4WS điều khiển thụ động…………..….…….……………...30
2.1.2. Hệ thống lái 4WS điều khiển tích cực……………………….….…..…….31
2.1.3. Các dạng kết cấu hệ thống lái 4WS…………………………....………….32
2.2. Lựa chọn các phương án thiết kế………………………………….………..37
2.2.1. Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu lái…………………….…...………37
2.2.2. Lựa chọn phương án thiết kế dẫn động lái………………….....………...38
2.2.3. Lựa chọn phương án thiết kế trợ lực lái………………..……..……...….39
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÁI 4WS CƠ KHÍ TRỢ LỰC
THỦY LỰC…………………………………………………………...…………..41
3.1. Khảo sát động học quay vịng của hệ thống lái…………………………....41
3.2. Tính tốn các thơng số đầu vào ban đầu……………………….…………..51
3.3. Tính tốn cơ cấu lái và trợ lực lái………………………………….….……57
3.3.1.Tính tốn cơ cấu lái cầu trước………………………....…….…………...57
3.3.2. Tính tốn cơ cấu lái cầu sau…………………………...……..………….66

3.3.3. Tính tốn bộ trợ lực lái…………………………………………………...70
3.3.4. Tính bền một số chi tiết…………………………………….……………..82
CHƯƠNG IV. BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI………………..91
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

4.1. Dầu mỡ bôi trơn………………………...………………………….………..91
4.2. Tháo cơ cấu lái…………………………………………………….…………91
4.3. Lắp cơ cấu lái…………………………………………………….…………..91
4.4. Lắp ráp cụm trợ lực…………………………………… ……..……….……92
4.4.1. Lắp ráp các bộ phận của xylanh…………..……………...….……….….92
4.4.2. Lắp ráp van phân phối…………..……………………………..…………92
4.5. Chẩn đoán những hư hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục……...…93
4.6. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái………………...……………………....….96
4.6.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái……………….……..…….………..…..96
4.6.2. Sửa chữa các chi tiết hệ thống lái………………………..….……..…….96
4.7. Xây dựng sơ đồ cây chẩn đoán hệ thống lái………….…..
………………....97
KẾT LUẬN……..…………...………………………………….………..………..99
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………..……………………………..…..…..100

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI
1.1. Tổng quan hệ thống lái
a. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống lái
- Cơng dụng:
Hệ thống lái giữ vai trị điều khiển hướng chuyển động của ơ tơ (thay đổi hay duy
trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều khiển
khác thực hiện điều khiển ơ tơ và đóng góp vai trị quan trọng trong việc đảm bảo
an tồn giao thơng khi ơ tơ chuyển động. Hệ thống lái bao gồm các cụm và chi tiết
từ cơ cấu điều khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiển hướng chuyển động toàn
xe.
- Yêu cầu hệ thống lái:
+ Giữ chuyển động thẳng, ổn định.
+ Quay vịng ngoặt trên diện tích bé, thời gian ngắn.
+ Động học quay vịng phải đúng, để các bánh xe khơng bị trượt.
+ Lái phải nhẹ nhàng, thuận tiện.
+ Giảm va đập từ mặt đường lên vô lăng.
+ Hạn chế tối đa ảnh hưởng của hệ thống treo với hệ thống lái,nhằm đảm bảo khả
năng điều khiển hướng của ô tô khi hoat động trên đường xấu.
- Phân loại hệ thống lái:
Có nhiều cách phân loại hệ thống lái:
Phân loại theo số lượng cầu dẫn hướng:
+ Các bánh dẫn hướng ở cầu trước
+ Các bánh dẫn hướng ở cầu sau
+ Các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Phân loại hệ thống lái theo kiểu truyền lực:
+ Hệ thống lái cơ khí
+ Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, hoặc kết hợp…
Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái:
+ Trục vít – bánh vít
+ Trục vít - cung răng
+ Trục vít – con lăn
+ Trục vit – chốt quay
+ Cơ cấu lái loại liên hợp ( trục vít, ê cu, cung răng)
+ Bánh răng – thanh răng
Phân loại theo bố trí vành lái:
+ Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải )
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái )
b. Kết cấu hệ thống lái
Sơ đồ tổng quát của hệ thống lái không có trợ lực:

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

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

5. Thanh kéo dọc

2. Trục lái

6. Đòn quay ngang

3. Cơ cấu lái

7. Hình thang lái trước

4. Địn quay đứng

8. Trục các đăng

9. Hình thang lái

sau
Vơ lăng
Vơ lăng có dạng vành trịn, có nhiệm vụ tiếp nhận lực tác động của người lái và
truyền vào hệ thống lái.
Trục lái
Trục lái thường có dạng ống, nó đảm nhận việc truyền mơmen từ vô lăng tới cơ
cấu lái.

Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển động
quay vịng của trục lái thành chuyển động góc của địn quay đứng và đảm bảo tỉ số
truyền theo yêu cầu.
Về bản chất, cơ cấu lái là hộp giảm tốc và có nhiệm vụ tăng mômen truyền từ vô
lăng tới các bánh xe dẫn hướng. Các thông số đặc trưng cho cơ cấu lái gồm tỷ số
truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch.
Tỷ số truyền cơ cấu lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái được định nghĩa như sau:
trong đó:
: Là góc quay của vơ lăng
: Là góc quay của trục địn quay đứng

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

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

Hình 1.2. Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu láivà góc quay của
vành tay lái
i = góc quay của vơ lăng /góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái trục
răng - thanh răng ).
Phân tích đồ thị:

Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với vận tốc
cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung gian, nên
tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng. Hơn nữa tỷ số
truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vơ lăng.
Ở các góc đánh lái lớn thì tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạt hơn,
cho phép ơ tơ có thể quay vịng trong những chỗ hẹp, bán kính quay vịng nhỏ. Tuy
nhiên cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp, đắt tiền. Vì vậy với hệ
thống lái có trang bị trợ lực thì nên sử dụng cơ cấu lái có tỷ số truyền không đổi.
Hiệu suất cơ cấu lái
Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch:
Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vô lăng tới bánh xe. Hiệu suất
này càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là lái càng nhẹ hơn
Hiệu suất nghịch: là hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vơ lăng, vì vậy
khi thiết kế cơ cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặt
đường lên vô lăng.
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, các lực va đập từ mặt đường truyền ngược lên
vô lăng giảm đi đáng kể. Đây là một ưu điểm của cơ cấu lái cần được tận dụng tối
đa. Tuy nhiên, nếu chọn hiệu suất nghịch q bé thì vơ lăng sẽ mất khả năng tự trở
về vị trí trung gian nhờ các mô men ổn định. Bởi vậy trong khi thiết kế nên chọn
hiệu suất nghịch ở mức độ hợp lý.
Các yêu cầu của cơ cấu lái

Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo. Vì vậy cơ cấu
lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
- Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe
- Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất
nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái
- Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết
- Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái
- Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất
- Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao
- Chiếm ít khơng gian và dễ dàng tháo lắp
Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt giá trị max
khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt nhỏ nhất khi
tốc độ của xe lớn nhất.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặt đường
lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vơ 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 vơ lăng và
mơ 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.
Các dạng cơ cấu lái thông dụng
Hiện nay trên ô tô thường sử dụng các loại cơ cấu lái như:
- Loại trục vít glôbôit – con lăn,
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

- Loại trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng,
- Loại bánh răng – thanh răng,
- Loại trục vít – cung răng,
Ngồi ra cịn có cơ cấu lái: trục vít – chốt quay, bánh răng – cung răng…
Kiểu bánh răng – thanh răng:
Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính
ăn khớp với thanh răng, trục 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 cịn lại có tiết diện trịn. Khi vơ 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.
3

2

1

4
5
7
8

1. Trục lái

6

2. Chụp nhựa

7. Đai ốc .
8. Đai ốc đ.c

3. Đai ốc điều chỉnh. 9. Lò xo.
4. ổ bi trên

10. Thanh răng

9
10

11

5. Vỏ cơ cấu lái
12

11. trục răng

Hình 1.3. Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng, trục
răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

khớp của bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên
xe.
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 khơng cần các địn 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 trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất. Trên phần lớn các ôtô
Liên Xơ loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này.
Trên hình 1.4 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn. Cơ cấu lái gồm trục vít
gơbơlơit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba 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
ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.

Hình 1.4. Cơ cấu lái trục vít
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON
1. Trục vít, 2. Con lăn, 3. Trục

Ưu điểm:
- Nhờ trục vít có dạng glơ-bơ-it cho nên tuy chiều dài trục vít khơng lớn nhưng sự

tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được
áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.
- Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con
lăn có hai đến bốn vịng ren.
- Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn.
- Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường trục của con
lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn  = 5  7mm, điều này cho phép
triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong q
trình sử dụng.
Cơ cấu lái trục vít chốt quay
Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:
- Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay
- Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay

Hình 1.5. Cơ cấu lái trục vít-chốt quay
Ưu điểm:

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

- 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. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục

vít hay địn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái
và giảm độ mịn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
- Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7. Cơ cấu
lái này được dùng trước hết ở hệ thống lái khơng có cường hố nó được dùng chủ
yếu cho ôtô tải và ôtô khách.
- Loại cơ cấu lái trục vít địn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng
vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mịn nhanh, bản thân chốt có độ chịu
mài mịn kém.
- Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay
đứng theo chiều trục, ngồi ra cịn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái.
Cơ cấu lái trục vít cung răng
Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là
hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài
của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mịn
của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục địn
quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng.
Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03 mm (ở vị trí trung gian), 0,25  0,6 mm ở vị trí
hai bên rìa. Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2.
Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1 từ
nắp trên của vỏ.

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Hình 1.6. Cơ cấu lái trục vít- cung răng
1.2. Các vịng đệm điều chỉnh
Ưu điểm:
Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích thước
so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên
áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mịn.
Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp.
Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị khơng đổi. Hiệu suất thuận khoảng
0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4. Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại
ơtơ khác nhau.
Cơ cấu lái loại liên hợp
Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC,
khơng có cường hố thuỷ lực và trên ơtơ ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoá thuỷ
lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng. Sự nối
tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít. Nhờ có dãy bi mà
trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn.

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Hình 1.7. Cơ cấu lái loại liên hợp
Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85. Do hiệu suất
nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặng nhọc,
nhưng nó có khả năng làm cho ơtơ chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì một ngun

nhân nào đó làm bánh xe phải quay vòng.
Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm việc dự trữ rất lớn,
vì vậy nó được dùng chủ yếu trên các loại ơtơ cỡ lớn.
c. Các góc đặt bánh xe
Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển xe, tính
ổn định chuyển động của ơtơ. Các u cầu chính của việc bố trí là điều khiển
chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như khi
quay vịng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác. Đối với xe con yêu cầu này
ngày càng được quan tâm và được nâng cao hơn vì vận tốc của xe không ngừng
được nâng lên.Trên cầu dẫn hướng các bánh xe dẫn hướng được bố trí và quan tâm
thích đáng. Ở các bánh xe khơng dẫn hướng thì việc bố trí cũng đã được chú ý, song
bị hạn chế bởi giá thành chế tạo và sự phức tạp của kết cấu nên việc bố trí vẫn được
tuân thủ theo các điều kiện truyền thống.
Ơ tơ có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh vô lăng.
Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô
lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực lớn để quay
vịng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thần khi điều khiển
xe. Đó là điều khơng mong muốn, vì vậy để khắc phục được các vấn đề nêu trên thì các
bánh xe được lắp vào thân xe với các góc nhất định tuỳ theo yêu cầu nhất định đối với
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

từng loại xe và tính năng sử dụng của từng loại. Những góc này được gọi chung là góc
đặt bánh xe.

Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theo một góc
chính xác theo yêu cầu thiết kế . Các góc đặt bánh xe đúng sẽ ngăn cản việc mài
mòn lốp. Nếu như các góc đặt bánh xe khơng 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 ( mịn nhanh )
Góc đặt bánh xe gồm các góc sau:
- Góc nghiêng ngang của bánh xe ( Góc Camber )
- Góc nghiêng dọc của trụ đứng và chế độ lệch dọc ( Góc Caster và khoảng Caster
)
- Góc nghiêng ngang trụ đứng ( Góc Kingpin )
- Góc dỗng ( Độ chụm và độ mở )
Góc nghiêng ngang của bánh xe ( Camber )
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm
của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc CAMBER, và đo bằng độ. Khi bánh xe
dẫn hướng nghiêng ra ngồi thì gọi là góc “CAMBER dương”, và ngược lại gọi là
góc”CAMBER âm. Bánh xe khơng nghiêng thì CAMBER bằng khơng (bánh xe
thẳng đứng ).

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Hình 1.8. Góc nghiêng ngang bánh xe
Chức năng của góc nghiêng ngang bánh xe:
Những năm về trước bánh xe được đặt với góc CAMBER dương để cải thiện độ
bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vng góc với mặt đường (do trọng lượng
của xe ) nhằm ngăn ngừa sự mịn khơng đều của lốp trên đường, do có phần giữa
cao hơn hai bên. Góc camber cịn đảm bảo sự lăn thẳng của các bánh xe, giảm va
đập của mép lốp với mặt đường. Khi góc CAMBER bằng khơng hoặc gần bằng
khơng có ưu điểm là khi đi trên đường vịng bánh xe nằm trong vùng có khả năng
truyền lực dọc và lực bên tốt nhất.
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 vịng, các bánh xe ngồi nghiêng vào trong, các bánh xe trong
nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vng góc với mặt đường

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc
CAMBER thường âm.
Góc nghiêng dọc trụ đứng ( caster và khoảng caster )

Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ
đứng. Nó được đo bằng độ, và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và
phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau thì
gọi là góc nghiêng dương và ngược lại gọi là góc nghiêng âm.
Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm
vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng Caster c.
Góc Caster và khoảng Caster được thể hiện ở hình sau:

Hình 1.9. Caster và khoảng Caster
Tác dụng của góc Caster
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào
đường vịng 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, mơ men đó được xác định bằng cơng thức sau:
M = Yb.c

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Mơmen 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 vịng người lái phải tạo ra một lực để khắc

phục mơ men này. Vì vậy, góc Caster thường khơng lớn. Mơmen này phụ thuộc vào
góc quay vịng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc
Caster bằng khoảng từ 00 đến 30.
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 .

Hình 1.10. Góc KingPin
Tác dụng của góc KingPi:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ đứng với
khoảng lệch tâm là bán kính r 0, r0 là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ
đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng nằm ngang của
bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm của vết tiếp xúc của
bánh xe với mặt đường. Nếu 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 r 0 có thể được
giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r 0 là tạo CAMBER dương và làm
nghiêng trụ quay đứng tức là tạo góc KingPin.

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía, nếu khoảng cách lệch r 0 quá lớn,
phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh sẽ sinh ra

một mômen quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe bị kéo sang một phía
có phản lực lớn hơn. Các va đập từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe làm cho vơ
lăng dao động mạnh và bị đẩy ngược.Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc
KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay
vịng. Tức là khi quay vịng, quay vơ lăng để quay vòng xe, người lái phải tăng lực
đánh lái, nếu bỏ lực tác dụng lên vơ lăng thì bánh xe tự trả về vị trí trung gian (vị tri
đi thẳng ). Để giữ cho xe quay vịng thì cần thiết phải giữ vành lái với một lực nhất
định nào đó. Vấn đề trở về vị trí thẳng sau khi quay vịng là do có mơmen 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.
Độ chụm và độ mở ( góc dỗng )Độ chụm của bánh xe là thơng số biểu thị góc
chụm của 2 bánh xe dẫn hướng (hoặc hai bánh xe trên cùng một cầu xe), góc chụm
là góc xác định trên một mặt phẳng đi qua tâm trục nối hai bánh xe và song song
với mặt phẳng đường tạo bởi hình chiếu mặt phẳng đối xứng dọc trục của hai bánh
xe lên mặt phẳng đó và hướng chuyển động của xe. Thông thường độ chụm được
biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước B, A được đo ở mép ngồi của vành
lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ chụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu
B-A<0. Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mịn của lốp và ổn định của vành tay
lái. Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng hồn
tồn.
Q 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.

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

v
A
B
Hình 1.11. Độ chụm bánh xe
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về
phía trước. Bởi vậy góc  giảm. Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng của lực
cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng động
cơ ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt  có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng khơng.
Trên xe con độ chụm thường có giá trị từ 2 3 mm.
Bán kính quay vịng (góc bánh xe , bán kính quay vịng )

Hình 1.12. Sự trượt bên khi quay vòng
Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc
trượt quay thì đường vng góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả các bánh
xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe.

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì các
thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán kính quay
vịng mong muốn.

Hình 1.13. Sơ đồ quay vòng
Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe quay với
bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra một lực
ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hướng tâm. Lực hướng
tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và mặt
đường, lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng.
d. Dẫn động lái
Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng
quay của bánh xe. Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năng sau:
- Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
- Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện
tượng trượt 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, địn kéo
ngang và địn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vơ lăng một góc thì các
bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định.
Quan hệ hình học của ACKERMAN
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

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

Hình 1.14. Quan hệ hình học của ACKERMAN
Để thực hiện quay vịng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu) phải
quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu thức

sau :
Trong đó :

cot g  cot g  

B0
L (1)

L : Chiều dài cơ sở của xe.

B0 : Khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng.
α, β: Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngồi và phía trong.
Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là hình
thang lái Đantơ. Hình thang lái Đantơ chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song do
kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng loại xe, có kích thước
và vị trí địn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu
lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn
hướng lớn. Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0 030’ đến 10 khi bánh xe dẫn hướng ở
vùng quay vòng gấp.

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Có hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình được trình bày theo hình dưới
đây:
- Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái
Đantơ như sau:
Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh
xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái). Các đòn
bên quay quanh đường tâm trụ đứng.
Phương pháp bố trí được trình by nh hỡnh di õy

v

v
Dầm cầu liền

Đ òn kéo ngang

a)

b)

Hỡnh1.15. Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền
a. Địn kéo ngang khi có dầm cầu liền

b. Địn 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.

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Hình 1.16. Cơ cấu địn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu
b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu
Hiện nay trên xe con thông dụng là hệ thống treo độc lập, do vậy dẫn động lái có
rất nhiều địn và khớp.
Trên xe tải thông dụng là hệ thống treo phụ thuộc, do vậy sử dụng hình thang lái
Đantơ. Trên một số xe tải hạng nặng, xe siêu trường, xe siêu trọng dẫn động lái hai
cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantơ. ( như xe
HUYNĐAI 18 tấn ).
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh
tay đòn. Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền của các dẫn động lái thường nằm
trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.
Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái
- Khớp cầu : Khớp cầu dùng trong hệ thống lái có 2 dạng:

Khớp cầu bơi trơn thường xuyên và khớp cầu bôi trơn một lần. Ngày nay khớp cầu
dùng cho xe con là loại không cần bảo dưỡng (bôi trơn một lần ). Khớp cầu dùng cho xe
tải là khớp cầu bôi trơn thường xuyên. Khớp cầu bôi trơn 1 lần bao gồm các loại sau:
loại có bạc kim loại, loại bạc nhựa và loại bạc cao su.
SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 4WS XE CON

Ở các hệ thống lái có địn quay, các địn phụ chỉ đảm nhận mối quan hệ dịch
chuyển hình học, lực tác dụng nên khớp nhỏ do vậy dùng loại khớp cầu có bạc cao
su.
Khớp cầu có bạc nhựa liền khối, có biến dạng rất nhỏ và chịu ma sát tốt, giá thành
không cao loại này được sử dụng rộng rãi trên các xe con hiện nay.
Khớp cầu có bạc kim loại chỉ dùng trên các xe thể thao vì yêu cầu độ bền cao.
- Các đòn dẫn động lái: Thơng thường các địn dẫn động lái có hai dạng là dạng
có kích thước cố định (hình thang lái) và loại có thể thay đổi được chiều dài (địn
kéo dọc). Hình dạng của các địn tuỳ thuộc vào vị trí, kết cấu và khoảng không gian
cho phép khi dịch chuyển nhưng phần lớn các địn có tiết diện trịn và rỗng. Trên
các đòn kéo dọc (điều chỉnh độ chụm của bánh xe), thì hai đầu là khớp cầu, trên
thân hai đầu là ren ngược chiều nhau để khi điều chỉnh chỉ phải xoay đòn kéo. Thân
khớp cầu bắt với các đòn qua các bề mặt, còn hãm bằng chốt chẻ.
- Giảm chấn của hệ thống lái :Để nâng cao chất lượng của xe, trên một số loại xe
có dùng giảm chấn trong hệ thống lái. Trong hệ thống lái có cường hố thì cường
hố đóng vai trị như một giảm chấn.
Tác dụng của giảm chấn là dập tắt các dao động từ mặt đường lên vành tay lái, ổn

định vành lái khi đi trên đường xấu.
1.2. Tổng quan hệ thống lái có trợ lực
Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cường độ lao động của người lái,
giảm mệt mỏi khi xe hoạt động trên đường dài. Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, trợ
lực lái cịn nhằm nâng cao tính an tồn chuyển động khi xe có sự cố ở bánh xe như
nổ lốp, hết khí nén trong lốp và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái.
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. Lực lái có thể giảm bằng cách tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái. Tuy
nhiên việc đó lại địi hỏi phải quay vành lái nhiều hơn khi xe quay vòng dẫn đến

SVTH: VŨ VĂN CẢNH

Trang 25